JPH03260803A - Generating method for fuzzy control rule - Google Patents
Generating method for fuzzy control ruleInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
ファジィ制御ルールを生成するためのファジィ制御ルー
ルの生成方法に関し、
ファジィ制御ルールの自動生成を目的とし、ファジィ制
御ルールを構成する前件部・後件部メンバーシップ関数
を生成する第1の処理過程と、3層の階層ネットワーク
部を備えるデータ処理手段を用意して、前段の処理層に
生成された前件部メンバーシップ関数の演算機能を割り
付け、中間の処理層に生成するルール数分のファジィ制
御ルールの前件部演算機能を割り付け、後段の処理層に
生成された後件部メンバーシップ関数数分のファジィ制
御ルールの後件部演算機能を割り付ける第2の処理過程
と、学習用の制御提示データの提示に従って出力される
後段の処理層からの出力値と生成された後件部メンバー
シップ関数とから算出する制御量データが学習用の制御
教師データと一敗すべく内部状態値の学習を実行する第
3の処理過程と、学習された内部状態値を解析すること
でファジィ制御ルールを抽出する第4の処理過程とを備
えるよう構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding a fuzzy control rule generation method for generating fuzzy control rules, the antecedent part and consequent part members constituting the fuzzy control rule are provided for the purpose of automatically generating fuzzy control rules. A first processing step that generates a ship function and a data processing means that includes a three-layer hierarchical network section are prepared, and the calculation function of the generated antecedent membership function is assigned to the previous processing layer, and the intermediate The antecedent part calculation functions of the fuzzy control rules for the number of generated rules are assigned to the processing layer, and the consequent part calculation functions of the fuzzy control rules for the number of generated consequent membership functions are assigned to the subsequent processing layer. 2, the control amount data calculated from the output value from the subsequent processing layer output according to the presentation of the control presentation data for learning and the generated consequent membership function is the control teacher data for learning. and a fourth processing step for extracting fuzzy control rules by analyzing the learned internal state values.
本発明は、ファジィ制御器の構築のために必要とされる
ファジィ制御ルールを生成するためのファジィ制御ルー
ルの生成方法に関し、特に、階層ネットワーク構成デー
タ処理装置を利用してファジィ制御ルールを自動的に生
成できるようにするファジィ制御ルールの生成方法に関
する。The present invention relates to a fuzzy control rule generation method for generating fuzzy control rules required for constructing a fuzzy controller, and in particular, a method for automatically generating fuzzy control rules using a hierarchical network configuration data processing device. This invention relates to a method for generating fuzzy control rules that can be generated in a variety of ways.
新しい制御処理方式として、ファジィ制御が普及しつつ
ある。このファジィ制御は、人間の判断等のあいまいさ
を含む制御アルゴリズムをi f −then形式で表
現し、ファジィ推論に従ってこの制御アルゴリズムを実
行していくことで、検出される制御状態量から制御操作
量を算出して制御対象を制御していくものである。この
ファジィ制御を実現していくためには、ファジィ制御ア
ルゴリズムを記述するファジィ制御ルールを生成してい
く必要がある。ファジィ制御器を実用的なものとしてい
くためには、このファジィ制御ルールの生成を自動的に
実現できるようにしていく必要があるのである。Fuzzy control is becoming popular as a new control processing method. This fuzzy control expresses a control algorithm that includes ambiguity such as human judgment in an if-then format, and executes this control algorithm according to fuzzy reasoning to calculate the control operation amount from the detected control state quantity. The control target is controlled by calculating the In order to realize this fuzzy control, it is necessary to generate fuzzy control rules that describe the fuzzy control algorithm. In order to make fuzzy controllers practical, it is necessary to be able to automatically generate fuzzy control rules.
例えば、
if x、 is big and xz is ss
+all then y is bigの形式(if部
は前件部、then部は後件部と称せられている)で記
述されるファジィ制御ルールの生成は、従来、制御対象
の制御に熟知しているオペレータの対象プロセスに関す
る知識に従って、先ず最初に、制御状態量及び制御操作
量の値に関しての言語的な意味をメンバーシップ関数と
して定量化し、次に、これらのメンバーシップ関数の間
の関係付けを記述することでファジィ制御ルールの粗い
モデルを生成する。そして、この生成した粗いファジィ
制御ルールのモデルをシミュレーシッンや現地テストに
より評価しながらチューニングしていくことで、制御対
象に適合したファジィ制御ルールに完成させていくとい
う方法により実現されていた。For example, if x, is big and xz is ss
Generation of fuzzy control rules written in the format +all then y is big (the if part is called the antecedent part and the then part is called the consequent part) has traditionally been done by an operator who is familiar with controlling the controlled object. According to our knowledge of the target process, we first quantify the linguistic meaning of the values of control state quantities and control operation quantities as membership functions, and then describe the relationships between these membership functions. This generates a rough model of fuzzy control rules. This was then achieved by evaluating and tuning the generated coarse fuzzy control rule model through simulations and on-site tests to create fuzzy control rules that were suitable for the control target.
このように、従来では、ファジィ制御ルールの生成は、
ファジィ制御器を構築しようとする設計者と制御対象の
制御に熟知しているオペレータとの共同作業に従い手作
業で行われていた。このファジィ制御ルールの生成のた
めの作業は、ノウノ\つを駆使しながら試行錯誤的に実
行していく必要があるため、通常短くても数カ月間を要
することになる。そして、制御対象に関する制御知識が
少ない場合には、この期間は更に長期間のものとなる。In this way, conventionally, generation of fuzzy control rules is
This was done manually by a collaborative effort between a designer who wanted to build a fuzzy controller and an operator who was familiar with controlling the controlled object. The work to generate this fuzzy control rule requires trial and error, making full use of know-how, so it usually takes several months at the shortest. If there is little control knowledge regarding the controlled object, this period will be even longer.
これから従来のファジィ制御ルールの生成方法では、フ
ァジィ制御器の設計者や制御対象のオペレータに対して
、極めて負荷のかかる作業を強いることになるという問
題点があった。しかも、生成されるファジィ制御ルール
は、ファジィ制御器の制御性能に直接影響を及ぼすこと
から、その品質の向上が強く望まれていたのである。The conventional fuzzy control rule generation method has the problem of forcing the designer of the fuzzy controller and the operator of the control object to perform extremely burdensome work. Moreover, since the generated fuzzy control rules directly affect the control performance of the fuzzy controller, there is a strong desire to improve the quality of the fuzzy control rules.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、フ
ァジィ制御ルールを自動的かつ機械的に生成できる新た
なファジィ制御ルールの生成方法を提供することで、フ
ァジィ制御ルールの生成に要する作業量を大幅に低減で
きるようにするとともに、客観的なファジィ制御ルール
を生成できるようにすることを目的とするものである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and by providing a new fuzzy control rule generation method that can automatically and mechanically generate fuzzy control rules, the amount of work required to generate fuzzy control rules can be reduced. The purpose is to make it possible to significantly reduce the amount of fuzzy control rules and to generate objective fuzzy control rules.
第1図は本発明の原理構成図である。 FIG. 1 is a diagram showing the principle configuration of the present invention.
図中、Plは第1の処理過程、P2は第2の処理過程、
P3は第3の処理過程、P4は第4の処理過程である。In the figure, Pl is the first treatment process, P2 is the second treatment process,
P3 is the third processing step, and P4 is the fourth processing step.
lOは階層ネットワーク構成データ処理手段、11は階
層ネットワーク構成データ処理手段10の備える階層ネ
ットワーク部、12は階層ネットワーク部11の入力層
を構成する入カニニット、13は階層ネットワーク部1
1の第1の処理層を構成する処理ユニット、14は階層
ネットワーク部11の第2の処理層を構成する処理ユニ
ット、15は階層ネットワーク部11の第3の処理層を
構成する処理ユニット、16は階層ネットワーク部11
の第4の処理層を構成する処理ユニット、17は階層ネ
ットワーク部11の出力層を構成する出カニニットであ
る。10 is a hierarchical network configuration data processing means, 11 is a hierarchical network unit included in the hierarchical network configuration data processing unit 10, 12 is an input unit forming the input layer of the hierarchical network unit 11, and 13 is a hierarchical network unit 1
1, a processing unit forming the first processing layer of the hierarchical network section 11; 14, a processing unit forming the second processing layer of the hierarchical network section 11; 15, a processing unit forming the third processing layer of the hierarchical network section 11; is the hierarchical network part 11
A processing unit 17 is an output unit forming the output layer of the hierarchical network unit 11.
同一の制御状態量(制御操作量)に関しての演算処理を
実行する第1の処理層の処理ユニット13のグループは
、多くの場合、入力値を分配処理する特定な同一の入カ
ユニッ)12とのみ内部結合する構成が採られる。この
内部結合に割り付けられる内部状態値は学習の対象外と
することが可能である。第1の処理層の処理ユニット1
3と第2の処理層の処理ユニット14との間と、第2の
処理層の処理ユニット14と第3の処理層の処理ユニッ
ト15との間は相互に内部結合する構成が採られる。こ
の内部結合に割り付けられる内部状態値は学習の対象と
なる。第3の処理層の処理ユニット15と第4の処理層
の処理ユニット16とは対応する関係にあるもの同士で
もって内部結合する構成が採られる。この内部結合に割
り付けられる内部状態値は学習の対象外とすることが可
能である。同一の制御操作量(制御状態量)に関しての
演算処理を実行する第4の処理層の処理ユニット16は
、対応する出カニニット17との間で内部結合する構成
が採られる。この内部結合に割り付けられる内部状態値
は学習の対象外とすることが可能である。In many cases, a group of processing units 13 in the first processing layer that perform arithmetic processing regarding the same control state quantity (control operation amount) is only a group of processing units 13 that perform processing on the same specific input value (control operation amount). An internally coupled configuration is adopted. The internal state value assigned to this internal connection can be excluded from learning. Processing unit 1 of the first processing layer
3 and the processing unit 14 of the second processing layer, and between the processing unit 14 of the second processing layer and the processing unit 15 of the third processing layer are mutually internally coupled. The internal state value assigned to this internal connection becomes the learning target. The processing unit 15 of the third processing layer and the processing unit 16 of the fourth processing layer are configured to be internally coupled with each other in a corresponding relationship. The internal state value assigned to this internal connection can be excluded from learning. The processing units 16 of the fourth processing layer that execute arithmetic processing regarding the same control operation amount (control state amount) are configured to be internally coupled with the corresponding output unit 17. The internal state value assigned to this internal connection can be excluded from learning.
第2の処理層の処理ユニット14は、更に階層的に多段
に構成されるものであってもよく、また、第3の処理層
の処理ユニット15もまた、更に階層的に多段に構成さ
れるものであってもよい、第2の処理層の処理ユニッ)
14が階層的に多段に構成される場合には、隣接する層
の処理ユニット14の間は相互に内部結合する構成が採
られ、また、第3の処理層の処理ユニッ)15が階層的
に多段に構成される場合には、隣接する層の処理ユニッ
ト15の間は相互に内部結合する構成が採られる。The processing units 14 of the second processing layer may be further hierarchically configured in multiple stages, and the processing units 15 of the third processing layer may also be further hierarchically configured in multiple stages. the processing unit of the second processing layer, which may be
14 are hierarchically configured in multiple stages, a configuration is adopted in which the processing units 14 in adjacent layers are mutually internally coupled, and the processing units 15 in the third processing layer are configured in a hierarchical manner. In the case of a multi-stage configuration, a configuration is adopted in which the processing units 15 in adjacent layers are internally connected to each other.
20は学習信号提示装置であって、学習用の制御データ
群(制御状態量と制御操作量との対を基本単位として、
いずれか一方が制御提示データとなり、残りの他方が教
師信号である制御教師データとなる)の内の制御提示デ
ータを階層ネットワーク部11の入力層に提示するとと
もに、制御教師データを次に説明する内部状態値学習処
理装置30に提示するもの、30は例えばバック・プロ
バゲーシッン法を実装する内部状態値学習処理装置であ
って、学習信号提示装220による制御提示データの提
示に従って出力される出カニニット17からの制御量デ
ータ群と、学習信号提示装置20から提示される制御教
師データ群との間の誤差値を冨出し、該誤差値に基づい
て学習対象とされる内部状態値を順次更新していくこと
で該誤差値が許容範囲となる内部状態値を学習するもの
である。Reference numeral 20 denotes a learning signal presentation device, in which a group of control data for learning (a pair of a control state quantity and a control operation quantity is used as a basic unit,
One of them becomes the control presentation data and the other one becomes the control teacher data which is a teacher signal.The control presentation data of the two is presented to the input layer of the hierarchical network unit 11, and the control teacher data will be explained next. What is presented to the internal state value learning processing device 30 is an internal state value learning processing device implementing, for example, a back propagation method, and output information 17 is output in accordance with the presentation of control presentation data by the learning signal presentation device 220. , and the control teacher data group presented from the learning signal presentation device 20, and sequentially update the internal state values to be learned based on the error values. By doing so, the internal state value for which the error value falls within the allowable range is learned.
第1の処理過程P1では、制御対象に対してのそれまで
の制御経験から、先ず最初に、制御対象の制御状態量と
して如何なるものがあるかをリストアツブするとともに
、制御操作量として如何なるものがあるかをリストアン
プし、続いて、リストアンプした制御状態量に関しての
メンバーシップ関数を生成するとともに、リストアツブ
した制御操作量に関してのメンバーシップ関数を生成す
ることで、ファジィ制御ルールを構成する可能性のある
前件部メンバーシップ関数・と後件部メンバーシップ関
数とを生成する。In the first processing step P1, from the previous control experience for the controlled object, first of all, what kind of control state quantities exist for the controlled object, and what kind of control operation variables exist. Then, by generating a membership function for the list-amplified control state quantity and a membership function for the restored control operation quantity, we can evaluate the possibility of constructing fuzzy control rules. A certain antecedent membership function and a consequent membership function are generated.
ここで、ファジィ制御ルールの前件部が制御状態量に関
しての記述となるときには、生成した制御状態量に関し
てのメンバーシップ関数が前件部メンバーシップ関数と
なるとともに、生成した制御操作量に関してのメンバー
シップ関数が後件部メンバーシップ関数となり、ファジ
ィ制御ルールの前件部が制御操作量に関しての記述とな
るときには、生成した制御操作量に関してのメンバーシ
ップ関数が前件部メンバーシップ関数となるとともに、
生成した制御状態量に関してのメンバーシップ関数が後
件部メンバーシップ関数となる。Here, when the antecedent part of the fuzzy control rule is a description regarding the control state quantity, the membership function regarding the generated control state quantity becomes the antecedent membership function, and the member regarding the generated control operation quantity becomes the antecedent membership function. When the ship function becomes the consequent membership function and the antecedent part of the fuzzy control rule is a description regarding the control operation amount, the membership function regarding the generated control operation amount becomes the antecedent membership function, and
The membership function regarding the generated control state amount becomes the consequent membership function.
続く、第2の処理過程P2では、第1の処理層の処理ユ
ニット13に対して、第1の処理過程P1で生成された
前件部メンバーシップ関数の演算機能を割り付け、第2
の処理層の処理ユニット14に対して、これから生成す
るファジィ制御ルールの数分のファジィ制御ルールの前
件部演算機能を割り付け、第3の処理層の処理ユニット
15に対して、第1の処理過程P1で生成された後件部
メンバーシップ関数の数分のファジィ制御ルールの後件
部演算機能を割り付け、第4の処理層の処理ユニット1
6に対して、第1の処理過程P1で生成された後件部メ
ンバーシップ関数の演算機能を割り付けるとともに、出
カニニット17に対して、同一の属性に係る後件部メン
バーシップ関数の真理値からファジィ推論値となる制御
量データを算出する演xIl能を割り付ける処理を実行
する。Subsequently, in the second processing step P2, the calculation function of the antecedent membership function generated in the first processing step P1 is assigned to the processing unit 13 of the first processing layer, and the second
The antecedent computation functions of the fuzzy control rules for the number of fuzzy control rules to be generated are assigned to the processing unit 14 of the processing layer, and the processing unit 15 of the third processing layer is assigned the first processing function. The consequent calculation functions of the fuzzy control rules corresponding to the number of consequent membership functions generated in process P1 are assigned, and the processing unit 1 of the fourth processing layer is
6, the calculation function of the consequent membership function generated in the first processing step P1 is assigned, and to output unit 17, the calculation function is assigned from the truth value of the consequent membership function related to the same attribute. A process of allocating an operator for calculating control amount data serving as a fuzzy inference value is executed.
この第4の処理層の処理ユニット16に対しての後件部
メンバーシップ関数の演算機能の割付処理は、同一の属
性に係るすべての後件部メンバーシップ関数を1つの処
理ユニット16でもって管理する構成を採る場合には、
その1つの処理ユニット16に対して割り付けることに
なり、一方、同一の属性に係る後件部メンバーシップ関
数を複数の処理ユニット16でもって分散して管理する
構成を採る場合には、それらの処理ユニット16に対し
て割り付けることになる。第1図では、複数の処理ユニ
ット16に後件部メンバーシップ関数の演算機能を割り
付けるものを示しである。The process of assigning the calculation function of the consequent membership function to the processing unit 16 of the fourth processing layer is such that all the consequent membership functions related to the same attribute are managed by one processing unit 16. When adopting a configuration that
On the other hand, when adopting a configuration in which consequent membership functions related to the same attribute are distributed and managed by multiple processing units 16, those processing It will be allocated to unit 16. In FIG. 1, a calculation function of a consequent membership function is assigned to a plurality of processing units 16.
この第2の処理過程P2において、第2の処理層の処理
ユニット14が階層的に多段に構成される場合には、こ
の多段に構成される第2の処理層にファジィ制御ルール
の前件部演算機能が割り付けられることになる。また、
第3の処理層の処理ユニット15が階層的に多段に構成
される場合には、この多段に構成される第3の処理層に
ファジィ制御ルールの後件部演算機能が割り付けられる
ことになる。In this second processing step P2, when the processing units 14 of the second processing layer are hierarchically configured in multiple stages, the antecedent part of the fuzzy control rule is added to the second processing layer configured in multiple stages. Arithmetic functions will be assigned. Also,
When the processing units 15 of the third processing layer are hierarchically configured in multiple stages, the consequent calculation function of the fuzzy control rule is assigned to the third processing layer configured in multiple stages.
続く、第3の処理過程P3では、学習信号提示装置20
を起動することで、入カニニット12を介して第1の処
理層の処理ユニット13に対して学習用の制御提示デー
タを提示するとともに、内部状態値学習処理装置30に
対して学習用の制御教師データを提示する。そして、こ
の内部状態値学習処理装置30を起動することで、学習
用の制御提示データの提示に従って出力される出カニニ
ット17からの制御量データが、提示される制御教師デ
ータと概略一致することになるべく学習対象の内部状態
値の学習処理を実行する。In the subsequent third processing step P3, the learning signal presentation device 20
By activating the control presentation data for learning is presented to the processing unit 13 of the first processing layer via the input crab unit 12, and the control presentation data for learning is presented to the internal state value learning processing device 30. Present the data. Then, by activating this internal state value learning processing device 30, the control amount data from the output unit 17 that is output in accordance with the presentation of the control presentation data for learning will approximately match the control teacher data that is presented. Execute learning processing for the internal state value of the learning target as much as possible.
続く、第4の処理過程P4では、学習された処理ユニッ
ト13と処理ユニット14との間の内部結合の内部状態
値と、処理ユニット14と処理ユニット15との間の内
部結合の内部状態値、そして、多段に構成される場合に
は、これに加えて処理ユニット14の間や処理ユニット
15の間の内部結合の内部状態値の値を解析していくこ
とでファジィ制御ルールを生成する。Subsequently, in the fourth processing step P4, the learned internal state value of the internal connection between the processing unit 13 and the processing unit 14, the internal state value of the internal connection between the processing unit 14 and the processing unit 15, In the case of a multi-stage configuration, fuzzy control rules are generated by analyzing internal state values of internal connections between processing units 14 and between processing units 15 in addition to this.
本発明では、第1の処理過程P1の処理に従つて、例え
ば、制御対象の制御状態量となっている出口圧力や水位
に関しての「出口圧力が高い」。In the present invention, according to the process of the first processing step P1, for example, "the outlet pressure is high" regarding the outlet pressure and water level that are the control state quantities of the controlled object.
「出口圧力が低い」、「出口圧力が著しく低い」や、「
水位が高い」、「水位が中程度」、「水位が低い」とい
うことを数値的に表現するメンバーシップ関数を生成す
るとともに、制御対象の制御操作量となっている供給加
熱量やスロットル弁開度に関しての「供給加熱量を大き
く増やせ」、「供給加熱量を小さくしろ」や、「スロッ
トル弁開度を大きくしろ」、「スロットル弁開度を小さ
くしろ」ということを数値的に表現するメンバーシップ
関数を生成する。"Outlet pressure is low", "Outlet pressure is extremely low", "
In addition to generating a membership function that numerically expresses "high water level,""medium water level," and "low water level," it also generates a membership function that numerically expresses "water level is high,""water level is medium," and "water level is low." A member who numerically expresses things such as ``greatly increase the amount of heat supply'', ``reduce the amount of heat supply'', ``increase the throttle valve opening'', and ``reduce the throttle valve opening'' regarding degrees. Generate a ship function.
続く第2の処理過程P2の処理に従って、例えば、生成
するファジィ制御ルールの前件部が@櫛状態量に関して
の条件を記述し、後件部が制御操作量に関しての条件を
記述するものであるときには、第1の処理層の処理ユニ
ット13に生成した制御状態量に関してのメンバーシッ
プ関数の演算機能を割り付けるとともに、第4の処理層
の処理ユニット16に生成した制御操作量に関してのメ
ンバーシップ関数の出力機能を割り付ける。すなわち、
第1の処理層の各処理ユニット13が、制御状態量の人
力に応じて、割り付けられたメンバーシップ関数のメン
バーシップ関数値(真理値)を算出して出力するように
構成するとともに、第4の処理層の各処理ユニット16
が、出カニニット17に対して、割り付けられたメンバ
ーシップ関数の真理値を出力(実施例で説明するように
、処理ユニット15からの出力値に応じて縮小したもの
を出力等する)するように構成するのである。According to the subsequent second processing step P2, for example, the antecedent part of the fuzzy control rule to be generated describes the conditions regarding the @comb state quantity, and the consequent part describes the conditions regarding the control operation amount. Sometimes, the processing function of the membership function regarding the generated control state quantity is assigned to the processing unit 13 of the first processing layer, and the calculation function of the membership function regarding the generated control operation quantity is assigned to the processing unit 16 of the fourth processing layer. Assign output functions. That is,
Each processing unit 13 of the first processing layer is configured to calculate and output the membership function value (truth value) of the assigned membership function according to the human power of the control state quantity, and the fourth Each processing unit 16 of the processing layer
However, the truth value of the assigned membership function is output to the output unit 17 (as will be explained in the embodiment, a reduced value is output according to the output value from the processing unit 15, etc.). It composes.
ここで、出口圧力等の同一種別の制御状態量についての
メンバーシップ関数を演算する処理ユニッ)13は、そ
のメンバーシップ関数が複数の制御状態量の関数となら
ない限り同一の入カユニッ)12とのみ内部結合し、ま
た、供給加熱量操作等の同一種別の制御操作量について
のメンバーシップ関数を演算する複数の処理ユニッ)1
6は、同一の出カニニット17とのみ内部結合するよう
割付処理を行う。Here, the processing unit) 13 that calculates the membership function for the same type of control state quantity such as outlet pressure can only be the same input unit) 12 unless the membership function is a function of multiple control state quantities. (a plurality of processing units) that are internally coupled and calculate membership functions for the same type of control operation amount such as supply heating amount operation;
6 performs allocation processing so as to internally connect only with the same output unit 17.
更に、第2の処理過程P2の処理に従って、第2の処理
層の処理ユニット14に対して、例えば、論理積演算を
なす人力値の最小値を選択して出力するという前件部演
Xll能を割り付けるとともに、第3の処理層の処理ユ
ニット15に対して、論理和演算をなす入力値の最大値
を選択して処理ユニット16に出力するという後件部演
算機能を割り付ける。Furthermore, in accordance with the processing of the second processing step P2, an antecedent part function Xll function is provided to the processing unit 14 of the second processing layer, for example, to select and output the minimum value of the human power values that perform the logical product operation. At the same time, a consequent calculation function is allocated to the processing unit 15 of the third processing layer, which selects the maximum value of the input values forming the logical sum operation and outputs it to the processing unit 16.
この第2の処理過程P2により、成立する可能性のある
すべてのファジィ制御ルールが階層ネットワーク部ll
上に写像されることになる。Through this second processing step P2, all fuzzy control rules that have a possibility of being established are
It will be mapped onto the top.
階層ネットワーク部11に対してのファジィ制御ルール
の写像処理が完了すると、続く第3の処理過程P3の処
理に従って、ファジィ制御ルールの生成対象となってい
る制御対象から入手される実際の制御データ群を学習用
の教師信号として用いて、例えば生成するファジィ制御
ルールの前件部が制御状態量に関しての条件を記述する
ものであるときには、学習用の制御データ群の内の制御
状態量データを制御提示データとして用いるとともに、
他方の制御操作量データを制御教師データとして用いて
階層ネットワーク部11の内部状態値の学習処理を実行
する。When the fuzzy control rule mapping process for the hierarchical network unit 11 is completed, the actual control data group obtained from the controlled object for which the fuzzy control rule is generated is processed according to the subsequent third processing step P3. is used as a teaching signal for learning, for example, when the antecedent part of the fuzzy control rule to be generated describes a condition regarding the control state quantity, the control state quantity data in the control data group for learning is controlled. In addition to using it as presentation data,
The learning process of the internal state value of the hierarchical network unit 11 is executed using the other control operation amount data as control teacher data.
この学習処理により、実際の制御対象の制御内容が階層
ネットワーク部11の内部状態値に写体されることにな
る。すなわち、より関係が深いと規定される前件部メン
バーシップ関数と前件部演算との間の内部結合の内部状
態値と、前件部演算と後件部演算(後件部メンバーシッ
プ関数)との間の内部結合の内部状態値はより大きな値
をもつものに学習されることになる。Through this learning process, the actual control contents of the controlled object are reflected in the internal state values of the hierarchical network unit 11. In other words, the internal state value of the internal connection between the antecedent membership function and the antecedent operation, which are defined as having a deeper relationship, and the antecedent operation and the consequent operation (consequent membership function) The internal state value of the internal connection between is learned to be the one with the larger value.
これから、続く第4の処理過程P4に従って、大きな値
をとる内部状態値を抽出していくとともに、その大きい
値をもつ内部状態値により関係付けられる前件部メンバ
ーシップ関数と前件部演寡と後件部演算と後件部メンバ
ーシップ関数とを特定していく等の解析処理を実行する
ことでファジィ制御ルールを生成する。From now on, according to the fourth processing step P4, the internal state value that takes a large value is extracted, and the antecedent membership function and the antecedent performance that are related by the internal state value that has the large value are extracted. A fuzzy control rule is generated by performing analysis processing such as identifying a consequent operation and a consequent membership function.
このように、本発明によれば、ファジィ制御ルールを自
動的かつ機械的に生成できるようになる。Thus, according to the present invention, fuzzy control rules can be automatically and mechanically generated.
[実施例] 以下、実施例に従って本発明の詳細な説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be explained in detail according to examples.
第2図に、本発明の実現のために使用する装置のシステ
ム構成を図示する0図中、第1図で説明したものと同じ
ものについては同一の記号で示しである。1”−hは階
層ネットワーク部11の入力層を構成する複数の入カニ
ニット、l−iは階層ネットワーク部11の中間層(複
数段備えられる)を構成する複数の基本ユニット、1−
jは階層ネットワーク部11の出力層を構成する1つ又
は複数の基本ユニット、loaは階層ネットワーク構成
データ処理手段lOをなす階層ネットワーク構成データ
処理装置、18は重み値格納部であって、階層ネットワ
ーク部11の内部結合に割り付けられる重み値を管理す
るものである。In FIG. 2, the system configuration of an apparatus used for implementing the present invention is shown. In FIG. 2, the same components as those explained in FIG. 1 are indicated by the same symbols. 1''-h is a plurality of input units forming the input layer of the hierarchical network unit 11, l-i is a plurality of basic units forming the intermediate layer (provided in multiple stages) of the hierarchical network unit 11, 1-
j is one or more basic units constituting the output layer of the hierarchical network unit 11, loa is a hierarchical network configuration data processing device forming the hierarchical network configuration data processing means lO, and 18 is a weight value storage unit, which is a hierarchical network configuration data processing unit. It manages the weight values assigned to the internal connections of the section 11.
21は学習信号格納部であって、重み値の学習のために
用いられる学習用の制御データを格納するもの、22は
学習信号提示部であって、学習信号格納部21から学習
用の制御データを読み出して、その内の制御提示データ
を階層ネットワーク部11に提示するとともに、対をな
すもう一方の制御教師データを後述する重み値変更部3
0aと次に説明する学習収束判定部23に提示するもの
、23は学習収束判定部であって、階層ネットワーク部
11から出力される制御量データと学習信号提示部22
からの制御教師データとを受けて、階層ネットワーク部
11のデータ処理機能の誤差が許容範囲に入ったか否か
を判定してその判定結果を学習信号提示部22に通知す
るものである。21 is a learning signal storage unit that stores learning control data used for learning weight values; 22 is a learning signal presentation unit that stores learning control data from the learning signal storage unit 21; and presents the control presentation data therein to the hierarchical network unit 11, and the weight value changing unit 3 which will be described later the other pair of control teacher data.
0a and what is presented to a learning convergence determination unit 23, which will be described next, 23 is a learning convergence determination unit that presents control amount data output from the hierarchical network unit 11 and a learning signal presentation unit 22
It receives the control teacher data from the hierarchical network unit 11, determines whether the error in the data processing function of the hierarchical network unit 11 is within an allowable range, and notifies the learning signal presentation unit 22 of the determination result.
30aは第1図の内部状態値学習処理装置30に相当す
る重み値変更部であって、学習信号提示部22からの制
御教師データと階層ネットワーク部11のネットワーク
出力データとを受けて、バック・プロパゲーション法に
従って重み値の更新量を真白して、該更新量に従って重
み値を更新していくことで重み値を収束させるべく学習
するものである。30a is a weight value changing unit corresponding to the internal state value learning processing device 30 in FIG. It learns to converge the weight values by setting the update amount of the weight values to zero according to the propagation method and updating the weight values according to the update amounts.
本発明では、第1図で説明したように、この第2図のシ
ステムを使用して、ファジィ制御ルールの自動生成処理
を構築するものである。この本発明の詳細な説明に入る
前に、通常のデータ処理の実現のために採る階層ネット
ワーク部11の装置構成について詳述するとともに、こ
の階層ネットワーク部11の内部結合に割り付けられる
重み値を学習するために、重み値変更部30aが実行す
る学習アルゴリズムであるところのバック・プロパゲー
ション法(D、E、Rumelhart、 G、E、H
inton、andRjJilliams、 ”Lea
rning Internal Representa
tions by ErrorPropagation
+PARALLEL DISTRIBUTED P
ROCESSING、 Vol、l、 pp、318−
364+ The MITPress、 1986)に
ついて詳述することにする。In the present invention, as explained with reference to FIG. 1, the system shown in FIG. 2 is used to construct an automatic generation process for fuzzy control rules. Before entering into a detailed explanation of the present invention, the device configuration of the hierarchical network section 11 adopted for realizing normal data processing will be explained in detail, and the weight values assigned to internal connections of this hierarchical network section 11 will be learned. In order to do this, the back propagation method (D, E, Rumelhart, G, E, H
inton, andRjJilliams, “Lea
rning Internal Representa
tions by ErrorPropagation
+PARALLEL DISTRIBUTED P
ROCESSING, Vol, l, pp, 318-
364+ The MITPress, 1986).
階層ネットワーク部11は、基本的には、基本ユニット
1と呼ぶ一種のノードと、重み値を持つ内部結合とから
階層ネットワークを構成している。The hierarchical network unit 11 basically constitutes a hierarchical network from a type of node called a basic unit 1 and internal connections having weight values.
第3図に、基本ユニット1の基本構成を示す。この基本
ユニット1は、多入力−出力系となっており、複数の入
力に対し夫々の内部結合の重み値を乗算する乗算処理部
2と、それらの全乗算結果を加算する累夏処理部3と、
この累夏僅に非線型の閾値処理を施して一つの最終出力
を出力する闇値処理部4とを備える。FIG. 3 shows the basic configuration of the basic unit 1. This basic unit 1 has a multi-input/output system, and includes a multiplication processing section 2 that multiplies a plurality of inputs by weight values of respective internal connections, and a multiplication processing section 3 that adds all the multiplication results. and,
It includes a dark value processing section 4 that performs slightly nonlinear threshold processing this summer and outputs one final output.
h層を前段層としi層を後段層とすると、この累算処理
部3では下記の(1)式の演算を実行し、閾値処理部4
では下記の(2〉式の演算を実行する。Assuming that the h layer is the first layer and the i layer is the second layer, the accumulation processing section 3 executes the calculation of the following equation (1), and the threshold processing section 4
Now, execute the calculation of equation (2> below).
Xpi−Σ)’bW=b (1)式
y pi = 1 / (1+exp(x pt+θi
)) (2)式但し、
h :h層のユニット番号
i :i層のユニット番号
p :入力信号のパターン番号
θ、:i層の1番ユニットの闇値
W、、:h−j層間の内部結合の重み値X□:h層の各
ユニットからi層の1番ユニットへの人力の積和
y□:p番目パターンの入力信号に対するh層のh番ユ
ニットからの出力
3’ti’P番目パターンの入力信号に対するi層の1
番ユニットからの出力
そして、階層ネットワーク部11では、このような構成
の多数の基本ユニット1が、入力信号値をそのまま分配
して出力する入カニニット1′を入力層として、第4図
に示すように階層的に接続されることで階層ネットワー
クを構成して、入カバターン(入力信号)を対応する出
カバターン(出力信号)に変換するという並列的なデー
タ処理機能を発揮することになる。Xpi-Σ)'bW=b (1) Formula y pi = 1 / (1+exp(x pt+θi
)) Formula (2) where, h : Unit number of h layer i : Unit number of i layer p : Input signal pattern number θ, : Darkness value W of the 1st unit of i layer, , : Between h-j layers Weight value of internal connection 1 of the i layer for the input signal of the th pattern
In the hierarchical network section 11, a large number of basic units 1 having such a configuration use the input unit 1', which distributes and outputs the input signal value as it is, as an input layer, as shown in FIG. By being connected hierarchically to form a hierarchical network, the parallel data processing function of converting an input pattern (input signal) into a corresponding output pattern (output signal) is realized.
バック・プロパゲーション法では、階層ネットワークの
重み値Wikと閾値θ、とを誤差のフィードバックによ
り適応的に自動調節して学習することになる。 (1)
(2)式から明らかなように、重み値W1と閾値θ8と
の調節は同時に実行される必要があるが、この作業は相
互に干渉する雛しい作業となる。そこで、本出願人は、
先に出願の「特願昭62−333484号(昭和62年
12月28日出願、”ネットワーク構成データ処理装置
”)jで開示したように、入力端のh層に常に“1″を
出力するとともにその出力に対して閾値θ直を重み値と
して割り付けるユニットを設けることで、閾値θiを重
み値W、にの中に組み込んで閾値θ轟を重み値として扱
うようにすることを提案した。このようにすることで、
上述の(1) (2)式は、
X、i虞Σy□Wih (3)式7
s=! 1/ (1+exp(x*=)) (4
)式で表されることになる。In the back propagation method, the weight value Wik and threshold value θ of the hierarchical network are adaptively and automatically adjusted and learned using error feedback. (1)
As is clear from equation (2), it is necessary to adjust the weight value W1 and the threshold value θ8 at the same time, but this task is a complicated task that interferes with each other. Therefore, the applicant
As previously disclosed in Japanese Patent Application No. 1983-333484 (filed December 28, 1988, "Network configuration data processing device"), "1" is always output to the h layer at the input end. We also proposed that by providing a unit that allocates the threshold value θ as a weight value to the output, the threshold value θi is incorporated into the weight value W, and the threshold value θ is treated as a weight value. By doing so,
The above equations (1) and (2) are as follows:
s=! 1/ (1+exp(x*=)) (4
) will be expressed by the formula.
次に、この(3) (4)式の記述形式ものに従って、
バック・プロパゲージぢン法による重み値の学習処理方
式について説明する。ここで、この説明は、階層ネット
ワーク部11が、第4図に示すh層−1層−j層という
3層構造の階層ネットワークをもつもので行う。Next, according to the written format of equations (3) and (4),
The weight value learning processing method using the back propagation method will be explained. Here, this explanation will be given assuming that the hierarchical network unit 11 has a three-layered hierarchical network of layer h, layer 1, and layer j as shown in FIG.
(3) (4)式からの類推によって次の(5) (6
)式が得られる。すなわち、
(5)式
%式%
))
j :j層のユニット番号
wjt:t−j層間の内部結合の重み値xpj:j層の
各ユニットからj層の1番ユニットへの入力の積和
7pj’P番目パターンの入力信号に対する(6)式
j層の1番ユニットからの出力
重み値変更部30aでは、学習用の人カバターンが提示
されたときに出力される出力層からの出カバターンy、
jと、その出カバターンVeiのとるべき信号である教
師パターンdpj(p番目パターンの入力信号に対する
jJij番目ユニットへの教師信号)とを受は取ると、
先ず最初に、出カバターンy□と教師パターンd、との
差分値(dp、yp=)を算出し、次に、
α2.=y□(1−y□)(d□−yl)(7)式
を算出し、続いて、
ΔWJt(t)−εΣα1y□+ζΔWJt(L−1)
(8)式
%式%:
:
に従って、i層−j層間の重み値の更新量ΔW j 1
(t)を算出する。ここで、「ζΔW、1(t−1)J
という前回の更新サイクル時に決定された重み僅の更新
量に係るものを加算するのは学習の高速化を図るためで
ある。(3) By analogy with equations (4), the following (5) (6
) formula is obtained. That is, (5) Formula % Formula % )) j: Unit number of layer j wjt: Weight value of internal connection between layers t-j xpj: Sum of products of inputs from each unit of layer j to the first unit of layer J 7pj'The output weight value changing unit 30a from the first unit of the j layer in equation (6) for the input signal of the P-th pattern calculates the output pattern y from the output layer when the human cover pattern for learning is presented. ,
When the receiver takes the teacher pattern dpj (the teacher signal to the jJij-th unit for the input signal of the p-th pattern), which is the signal that the output pattern Vei should take,
First, the difference value (dp, yp=) between the output pattern y□ and the teacher pattern d is calculated, and then α2. =y□(1-y□)(d□-yl) Formula (7) is calculated, and then ΔWJt(t)-εΣα1y□+ζΔWJt(L-1)
(8) Formula % Formula %: : According to the update amount of the weight value between the i layer and the j layer ΔW j 1
(t) is calculated. Here, “ζΔW, 1(t-1)J
The reason for adding the update amount with a small weight determined in the previous update cycle is to speed up learning.
続いて、重み値変更部30aは、算出したα、Jを用い
て、先ず最初に、
βpi ” 7 pt (1−3’ 9.)Σα、JW
、、(t−1)(9)式
を算出し、次に、
ΔW、ゎ(1)−εΣβpiyい+ζΔWik(t−1
)(10)式
に従って、h層−1層間の重み値の更新量ΔW、に算出
する。Next, the weight value changing unit 30a first uses the calculated α and J to calculate βpi ” 7 pt (1-3' 9.) Σα, JW
,,(t-1) Calculate equation (9), then ΔW, ゎ(1)-εΣβpiy+ζΔWik(t-1
) According to equation (10), the update amount ΔW of the weight value between layer h and layer 1 is calculated.
続いて、重み値変更部30aは、この算出した更新量に
従って次の更新サイクルのための重み値Jt(t) −
WJi(t−1)+ΔWji(t)W!b(t) −W
lb(t 1)+ΔWih(t)を決定していく方法
を繰り返していくことで、学習用の入カバターンが提示
されたときに出力される出力層からの出カバターンYp
iと、その出カバターンVeJのとるべき信号である教
師パターンdp1とが一致することになる重み値W、、
、W、hを学習するよう処理している。Subsequently, the weight value changing unit 30a changes the weight value Jt(t) − for the next update cycle according to the calculated update amount.
WJi(t-1)+ΔWji(t)W! b(t) −W
By repeating the method of determining lb(t 1) + ΔWih(t), the output cover turn Yp from the output layer when the input cover turn for learning is presented
i and the teacher pattern dp1, which is the signal that the output pattern VeJ should take, match the weight value W, .
, W, and h.
そして、階層ネットワーク部11がg層−h層i層=j
層という4層構造の階層ネットワークをもつときには、
重み値変更部30aは、先ず最初に、
T 、、= y ph(171)Σβ、、W、、(t−
1)(11)式
を算出し、次に、
ΔWbg(t)=εΣTpb7□+ζΔW、、(t−1
)(12)式
に従ってg層−h層間の重み値の更新量ΔWh、(t)
を算出するというように、前段の眉間の重み値の更新量
ΔWを、出力側の後段から求まる値とネットワーク出力
データとを使いながら決定していくよう処理するのであ
る。Then, the hierarchical network unit 11 connects the g layer to the h layer to the i layer = j
When you have a hierarchical network with a four-layer structure called layers,
The weight value changing unit 30a firstly calculates T,,=y ph(171)Σβ,,W,,(t-
1) Calculate equation (11), then ΔWbg(t)=εΣTpb7□+ζΔW, (t-1
) According to equation (12), update amount ΔWh of weight values between g layer and h layer, (t)
In this way, the update amount ΔW of the weight value between the eyebrows in the previous stage is determined using the value obtained from the latter stage on the output side and the network output data.
ここで、基本ユニット1が閾値処理部4を備えない場合
には、上述の(7)式は、
α□−(d□−ypi) (7)式となり
、上述の(9)式は、
β□−Σα、Wit(t 1) (9)式
となり、上述の(11)式は、
γ、=Σβ、=Wib(t 1) (11)
式階層ネットワーク部11のハードウェア部品による構
成方法としては、本出願人が出願した「特願昭63−2
16865号(昭和63年8月31日出願、′ネットワ
ーク構成データ処理装置”)」で開示したものを用いる
ことが可能である。Here, if the basic unit 1 does not include the threshold processing section 4, the above equation (7) becomes α□-(d□-ypi) (7) equation, and the above equation (9) becomes β □−Σα, Wit (t 1) (9), and the above equation (11) is as follows: γ, = Σβ, = Wib (t 1) (11)
A method of configuring the hierarchical network unit 11 using hardware components is described in Japanese Patent Application No. 1983-2 filed by the present applicant.
No. 16865 (filed August 31, 1988, ``Network configuration data processing device'')'' can be used.
すなわち、基本ユニット1は、第5図に示すように、入
力スイッチ部7を介して入力される前段層からの出力と
重み値保持部8が保持する重み値とを乗算する乗算型D
/Aコンバータ2aと、乗算型D/Aコンバータ2aの
出力値と前回の累算値とを加算して新たな累算値を算出
するアナログ加算器3aと、アナログ加算器3aの加算
結果を保持するサンプルホールド回路3bと、累算処理
が終了したときにサンプルホールド回路3bの保持デー
タを非線形変換する非線型関数発生回路4aと、後段層
への出力となる非線型関数発生回路4aのアナログ信号
値をホールドする出力保持部5と、出力保持部5の保持
データを出力する出力スイッチ部6と、これらの各処理
部を制御する制御回路9とを備えることで実現される。That is, as shown in FIG. 5, the basic unit 1 is a multiplication type D that multiplies the output from the previous layer input via the input switch section 7 by the weight value held by the weight value holding section 8.
/A converter 2a, an analog adder 3a that adds the output value of the multiplication type D/A converter 2a and the previous accumulated value to calculate a new accumulated value, and holds the addition result of the analog adder 3a. A sample-and-hold circuit 3b that converts the data held in the sample-and-hold circuit 3b into nonlinear form when the accumulation process is completed, and an analog signal of the nonlinear function generation circuit 4a that outputs the data to the subsequent layer. This is realized by including an output holding section 5 that holds a value, an output switch section 6 that outputs the data held by the output holding section 5, and a control circuit 9 that controls each of these processing sections.
そして、階層ネットワーク部11は、この構成を採る基
本ユニットlが、第6図に示すように、1本の共通なア
ナログバス70でもって電気的に接続される構成で実現
される。ここで、図中、71は基本ユニットIの重み保
持部8に重み値を与える重み出力回路、72は入カニニ
ットl゛に対応する初期信号出力回路、73はデータ転
送の制御信号である同期制御信号を重み出力回路71、
初期信号出力回路72及び制御回路9に伝える同期制御
信号線、74は同期制御信号を送出する主制御回路であ
る。The hierarchical network unit 11 is realized in a configuration in which basic units 1 having this configuration are electrically connected by one common analog bus 70, as shown in FIG. Here, in the figure, 71 is a weight output circuit that gives a weight value to the weight holding section 8 of the basic unit I, 72 is an initial signal output circuit corresponding to the input unit l', and 73 is a synchronous control signal that is a control signal for data transfer. A signal weighting output circuit 71,
A synchronous control signal line 74 that transmits to the initial signal output circuit 72 and the control circuit 9 is a main control circuit that sends out a synchronous control signal.
この構成の階層ネットワーク部11おいて、主制御回路
74は、前段層の基本ユニット1を時系列的に順次選択
するとともに、この選択処理と同期させて、選択された
基本ユニット1の出力保持部5が保持する最終出力をア
ナログバス70を介して時分割の送信形式に従って後段
層の基本ユニット1の乗算型D/Aコンバータ2aに対
して出力するよう処理する。この入力を受は取ると、後
段層の基本ユニット1の乗算型D/Aコンバータ2aは
、対応する重み値を順次選択して人力値と重み値との衆
寡処理を行い、アナログ加算器3aとサンプルホールド
回路3bとにより構成される累算処理部3はこの乗算値
を順次累算していく。In the hierarchical network unit 11 having this configuration, the main control circuit 74 sequentially selects the basic units 1 in the previous layer in chronological order, and in synchronization with this selection process, the output holding unit of the selected basic unit 1. 5 is processed so as to be outputted to the multiplication type D/A converter 2a of the basic unit 1 in the subsequent layer via the analog bus 70 in accordance with the time-division transmission format. When this input is received, the multiplication type D/A converter 2a of the basic unit 1 in the subsequent layer sequentially selects the corresponding weight values, performs the processing of the human power value and the weight value, and connects it to the analog adder 3a. The accumulation processing section 3 constituted by the sample and hold circuit 3b sequentially accumulates the multiplied values.
続いて、前段層の基本ユニッ)1に関してのすべての累
算処理が終了すると、主制御回路74は、後段層の基本
ユニット1の非線型関数発生回路4aを起動して最終出
力の算出を行い、出力保持部5がこの変換処理結果の最
終出力を保持するよう処理する。そして、主制御回路7
4は、この後段層を新たな前段層として次の後段層に対
して同様の処理を繰り返していくことで、入カバターン
に対応する出カバターンが出力されるべく処理するので
ある。Subsequently, when all the accumulation processing for the basic unit 1 in the previous layer is completed, the main control circuit 74 activates the nonlinear function generating circuit 4a of the basic unit 1 in the subsequent layer to calculate the final output. , the output holding unit 5 processes to hold the final output of the conversion processing result. And the main control circuit 7
4, by repeating the same process for the next subsequent layer using this latter layer as a new previous layer, processing is performed so that an output cover turn corresponding to an input cover turn is output.
次に、第2図のシステムを使用して実現することになる
本発明のファジィ制御ルールの自動生成処理について説
明する。最初に、第5図及び第6図に示すようなハード
ウェア部品により構成される階層ネットワーク部11を
利用する実施例について説明する。Next, automatic generation processing of fuzzy control rules according to the present invention, which will be realized using the system shown in FIG. 2, will be explained. First, an embodiment will be described in which a hierarchical network section 11 made up of hardware components as shown in FIGS. 5 and 6 is used.
本発明では、例えば第5図及び第6図に示すようなハー
ドウェア部品により構成される階層ネットワーク部11
を利用して、採用される可能性のあるファジィ制御ルー
ルのすべてをこの階層ネットワーク部11上に写像する
ことで始められることになる。このため、ファジィ制御
ルールの生成を希望するユーザは、先ず最初に、制御対
象に対しての制御経験を基に、制御対象に関しての制御
状態量及び制御操作量についてのメンバーシップ関数を
生成する。すなわち、従来通り、第7図に示すような、
例えば「温度が高い」、「温度が普通」、「温度が低い
Jということのあいまいさを数値データとして記述する
メンバーシップ関数を生成するのである。In the present invention, a hierarchical network unit 11 constituted by hardware components as shown in FIGS. 5 and 6, for example.
The process begins by mapping all fuzzy control rules that may be adopted onto this hierarchical network unit 11 using the following. For this reason, a user who desires to generate a fuzzy control rule first generates a membership function for the control state quantity and control operation amount regarding the controlled object, based on the control experience with respect to the controlled object. That is, as before, as shown in FIG.
For example, a membership function is generated that describes the ambiguity of "temperature is high", "temperature is normal", and "temperature is low J" as numerical data.
次に、ユーザは、前件部が制御状態量に関しての条件を
記述し、後件部が制御操作量に関しての条件を記述する
ファジィ制御ルールを生成するときには、階層ネットワ
ーク部11の最前段の中間層の基本ユニット1を利用し
て、生成された制御状態量についてのメンバーシップ関
数の真理値を算出して出力する機能(前件部メンバーシ
ップ関数の真理値の算出機能)を割り付けるとともに、
第4番目に位置する中間層の基本ユニット1を利用して
、生成された制御操作量についてのメンバーシップ関数
の真理値を出力する機能(後件部メンバーシップ関数の
真理値の出力機能)を割り付ける処理を実行する。Next, when the user generates a fuzzy control rule in which the antecedent part describes a condition regarding the control state amount and the consequent part describes a condition regarding the control operation amount, the user Using the basic unit 1 of the layer, a function for calculating and outputting the truth value of the membership function for the generated control state quantity (a function for calculating the truth value of the antecedent membership function) is assigned, and
The function of outputting the truth value of the membership function for the generated control operation amount (the function of outputting the truth value of the consequent membership function) is performed using the basic unit 1 of the intermediate layer located at the fourth position. Execute the allocation process.
この前件部メンバーシップ関数の真理値の算出機能の割
付処理は、具体的には、基本ユニット1より出力される
出力値y
3
1+exP (−ωχ+θ)
が、第8図(a)に示すように、
ωく0.θ〈0
であるときには、第7図の「温度が低い」というメンバ
ーシップ関数と類似する関数形状となり、また、
ω〉0.0〉0
であるときには、第7図の「温度が高い」というメンバ
ーシップ関数と類似する関数形状となることに着目して
、第8図(b)に示すように、この基本ユニット1の入
力に割り付けられる重み値ω及び閾値θを適切に設定す
ることで、第7図の「温度が低い」や「温度が高い」と
いう関数形状のメンバーシップ関数が実現されることに
なる。Specifically, the assignment process of the truth value calculation function of the antecedent membership function is such that the output value y 3 1+exP (-ωχ+θ) output from the basic unit 1 is as shown in FIG. 8(a). To, ω ku 0. When θ〈0, the function shape is similar to the membership function ``low temperature'' in Figure 7, and when ω〉0.0〉0, the membership function ``high temperature'' in Figure 7 is obtained. Focusing on the fact that the function shape is similar to the membership function, as shown in FIG. 8(b), by appropriately setting the weight value ω and threshold value θ assigned to the input of this basic unit 1, Membership functions having the function shapes "low temperature" and "high temperature" shown in FIG. 7 are realized.
また、2つの基本ユニット1より出力される出力値の差
分値y
1+eXp (−(1)、X+01)
1 + e x p ’(−ωzx+02)が、第9図
(a)に示すように、第7図の「温度が普通」というメ
ンバーシップ関数と類似する関数形状となることに着目
して、第9図(b)に示すように、2個の基本ユニット
1と、この2個の基本ユニット1の出力値に重み値”1
”及び−1”を乗じたものを入力とし、かつ閾値処理部
4を備えない基本ユニット1により構成される減算器1
a(この構成に従い、この2個の基本ユニット1の出力
値の差分値を算出するよう動作する)とを備えて、この
2個の基本ユニット1の人力に割り付けられる重み値ω
1.ωよ及び閾値θ1θ、を適切にすることで、第7図
の「温度が普通」という関数形状のメンバーシップ関数
の割付処理が実現されることになる。Furthermore, the difference value y 1+eXp (-(1), Focusing on the fact that it has a function shape similar to the membership function "Temperature is normal" in Figure 7, as shown in Figure 9(b), two basic units 1 and these two basic units are Weight value “1” for output value of 1
A subtracter 1 configured by a basic unit 1 that takes as input the product multiplied by "and -1" and does not include a threshold processing section 4
a (according to this configuration, it operates to calculate the difference value between the output values of these two basic units 1), and the weight value ω assigned to the human power of these two basic units 1.
1. By setting ω and the threshold value θ1θ appropriately, the assignment process of the membership function having the function shape “Temperature is normal” as shown in FIG. 7 can be realized.
また、後件部メンバーシップ関数の真理値の出力機能の
割付処理は、具体的には、第1O図(a)に示すように
、後件部メンバーシップ関数を細かく区画して各区画の
真理値y、を特定し、次に、第10図(b)に示すよう
に、閾値処理部4を備えない基本ユニット1により構成
される真理値出力器1bをこの真理値の個数(n個)分
用意して、この真理値出力器1bの入力(後述するよう
に、後件部メンバーシップ関数の真理値の出力値の縮小
率を指定することになる)に重み値“”1K”を割り付
けることで実現される。ここで、第10図(b)に示す
ように、例えばバルブAの開度といった同一種別の制御
操作量に係る後件部メンバーシップ関数の真理値は、用
意される同一の真理値出力器1bに入力される構成が採
られ、これらの真理値出力器1bは、割り付けられる制
御操作量についての縮小されたメンバーシップ関数の真
理値の関数和を出力するよう構成されることになる。In addition, the process of assigning the output function of the truth value of the consequent membership function involves dividing the consequent membership function into small sections and determining the truth value of each section, as shown in Figure 1O(a). The value y is specified, and then, as shown in FIG. 10(b), the truth value output device 1b constituted by the basic unit 1 without the threshold processing section 4 is set to the number of truth values (n pieces). The weight value "1K" is assigned to the input of this truth value output device 1b (which will specify the reduction rate of the output value of the truth value of the consequent membership function, as described later). Here, as shown in Fig. 10(b), the truth values of the consequent membership functions related to the same type of control operation amount, such as the opening degree of valve A, are The truth value output device 1b is configured to output the sum of the truth values of the reduced membership functions for the assigned control operation amount. It turns out.
なお、この第1O図に示す実施例では、後件部メンバー
シップ関数の関数パターンを出力する機能を割り付ける
ことで開示したが、本発明では、後件部メンバーシップ
関数の対応する真理値を演算結果値として使用する構成
を採ることも可能であって、そのような構成を採る場合
には、前件部メンバーシップ関数の真理値の算出機能を
実現すべく採った第8図や第9図の構成が用いられるこ
とになる。In the embodiment shown in FIG. 1O, the function to output the function pattern of the consequent membership function is assigned, but in the present invention, the corresponding truth value of the consequent membership function is calculated. It is also possible to adopt a configuration in which it is used as a result value, and if such a configuration is adopted, Figures 8 and 9, which are adopted to realize the function of calculating the truth value of the antecedent membership function, can be used. The configuration will be used.
前件部メンバーシップ関数の真理値の算出機能と後件部
メンバーシップ関数の真理値の出力機能との割付処理が
完了すると、ユーザは、次に、階層ネットワーク部11
の第2番目に位置する中間層の基本ユニッI−1を利用
して、前件部演算機能を割り付けるとともに、第3番目
に位置する中間層の基本ユニット1を利用して、後件部
演算機能を割り付ける処理を実行する。When the assignment process of the truth value calculation function of the antecedent part membership function and the truth value output function of the consequent part membership function is completed, the user next
The basic unit I-1 of the second intermediate layer is used to assign the antecedent calculation function, and the third basic unit 1 of the intermediate layer is used to perform the consequent calculation function. Executes the process of assigning functions.
この前件部演算機能の割付処理は、様々な基本ユニット
1の利用方法により種々の演算機能を実現できるもので
あり、また、入力される値の最小値を選択して出力する
ものが最も一般的に用いられてはいるが、ここでは、第
11図(a)に示すように、重み値“l/人力点数”を
乗したものを入力とし、かつ闇値処理部4を備えない基
本ユニット1により構成される平均値算出器1cを備え
ることで、入力値の平均値を採る演算機能を前件部演算
機能として割り付けることで実行する。同様に、この後
件部演算機能の割付処理は、様々な基本ユニッ)1の利
用方法により種々の演算機能を実現できるものであり、
また、入力される値の最大値を選択して出力するものが
最も一般的に用いられてはいるが、ここでは、第11図
(b)に示すように、重み値“1”を乗じたものを入力
とし、かつ閾値処理部4を備えない基本ユニット1によ
り構成される加算値夏出器1dを備えることで、入力値
の加算値を採る演算機能を後件部演算機能として割り付
けることで実行する。This antecedent part calculation function assignment process can realize various calculation functions by using the basic unit 1 in various ways, and the most common method is to select and output the minimum value of the input values. However, here, as shown in FIG. 11(a), the basic unit which takes as input the product multiplied by the weight value "l/manpower score" and does not include the dark value processing section 4 By providing the average value calculator 1c constituted by 1, the arithmetic function of taking the average value of input values is executed by assigning it as an antecedent part arithmetic function. Similarly, this process of assigning consequent part calculation functions allows various calculation functions to be realized by using various basic units (1).
Also, although the most commonly used method is to select and output the maximum value of the input values, here, as shown in Figure 11 (b), By providing the addition value summer output unit 1d configured by the basic unit 1 which takes the input value as input and does not include the threshold value processing section 4, the calculation function that takes the addition value of the input value can be assigned as the consequent part calculation function. Execute.
このように1個の基本ユニット1を利用するのではなく
て、階層ネットワーク部11の中の一部の階層ネットワ
ークを利用して前件部演算機能や後件部演算機能を実現
することも可能である。すなわち、階層ネットワーク部
11の中の一部の階層ネットワーク部分を前件部演算機
能や後件部演算機能を実現するためのユニットとして確
保して、このユニットの内部結合の重み値に対して前件
部演算機能や後件部演算機能を実現すべく学習された固
定的な値をセットすることで実現するような方法を採る
ことも可能である。この方法を採れば、複雑な前件部演
算機能や後件部演算機能を自由に割り付けられることに
なる。In this way, instead of using one basic unit 1, it is also possible to realize the antecedent part calculation function and the consequent part calculation function by using a part of the hierarchical network in the hierarchical network part 11. It is. That is, a part of the hierarchical network part in the hierarchical network section 11 is secured as a unit for realizing the antecedent part calculation function and the consequent part calculation function, and the predetermined value is It is also possible to adopt a method of realizing the subject part calculation function and the consequent part calculation function by setting fixed values that have been learned. If this method is adopted, complex antecedent part calculation functions and consequent part calculation functions can be freely assigned.
この後件部演算機能の出力する演算値は、基本的には、
対応する後件部メンバーシップ関数の真理値の縮小率を
与えるものであって、例えば第12図に示すように、「
パルプAの開度を小さく設定」というメンバーシップ関
数が■のように表され、rバルブAの開度を大きく設定
」というメンバーシップ関数が■のように表される場合
には、■のメンバーシップ関数に対応付けられる後件部
演算機能の出力値に従って、「バルブAの開度を小さく
設定」というメンバーシップ関数の適用値が定まり、■
のメンバーシップ関数に対応付けられる後件部演算機能
の出力値に従って、「バルブAの開度を大きく設定」と
いうメンバーシップ関数の適用値が定まることになる。The calculated value output by this consequent part calculation function is basically:
It gives the reduction rate of the truth value of the corresponding consequent membership function, for example, as shown in FIG.
If the membership function "Set the opening degree of pulp A small" is expressed as ■, and the membership function "Set the opening degree of r valve A large" is expressed as ■, then the members of ■ According to the output value of the consequent calculation function associated with the ship function, the application value of the membership function "Set the opening degree of valve A small" is determined, and ■
According to the output value of the consequent calculation function associated with the membership function of , the application value of the membership function of "set the opening degree of valve A to be large" is determined.
そして、最も一般的には、下式に従って、この縮小され
たメンバーシップ関数の関数和の図形の重心を求めるこ
とで、
ファジィ推論値であるバルブAの開度Yを算出する構成
が採られている。Most commonly, the opening degree Y of valve A, which is a fuzzy inference value, is calculated by finding the center of gravity of the figure of the function sum of the reduced membership functions according to the following formula. There is.
前件演算機能と後件部演算機能との割付処理が完了する
と、ユーザは、次に、階層ネットワーク部11の出力層
の基本ユニットlを利用して、ファジィ推論値の夏山機
能(真理値出力器1bの出力値を使用して制御操作量デ
ータを算出する機能)を割り付ける処理を実行する。When the assignment of the antecedent calculation function and the consequent calculation function is completed, the user next uses the basic unit l of the output layer of the hierarchical network unit 11 to calculate the Natsuyama function (truth value output) of the fuzzy inference value. A function for calculating control operation amount data using the output value of the device 1b) is executed.
このファジィ推論値の真白機能の割付処理は、例えば上
述のような重心演算により決定する場合には、第13図
に示すように、闇値処理部4を備えない基本ユニット1
により構成される重心導出値算出器1eを2個用意して
、真理値出力器1bとの間の内部結合の重み値として、
一方の重心導出値算出器1eに対しては、真理値出力器
1bに対応付けられる制御操作量の最小値を起点にして
大きくなる順に従い例えば0から1までの間で等間隔も
って増加する重み値を割り付けるとともに、他方の重心
導出値算出器1eに対しては、真理値出力器1bに対応
付けられる制御操作量の最大値を起点にして小さくなる
順に従い例えば0から−1までの間で等間隔もって減少
する重み値を割り付けることで実現される。そして、最
終的な重心値は、階層ネットワーク部11とは別に用意
される演算手段に従いこの2個の重心導出値算出器1e
の出力値を使用して求められるよう構成される。When this fuzzy inference value pure white function assignment processing is determined by, for example, the above-mentioned center of gravity calculation, as shown in FIG.
Two centroid derived value calculators 1e configured by are prepared, and as a weight value for internal connection with the truth value output device 1b,
For one gravity center derived value calculator 1e, the weight increases at equal intervals from 0 to 1, for example, in increasing order starting from the minimum value of the control operation amount associated with the truth value output device 1b. At the same time, the values are assigned to the other center of gravity derived value calculator 1e in descending order starting from the maximum value of the control operation amount associated with the truth value output device 1b, for example, from 0 to -1. This is achieved by assigning weight values that decrease at equal intervals. Then, the final centroid value is determined by these two centroid derived value calculators 1e according to calculation means prepared separately from the hierarchical network unit 11.
is configured to be calculated using the output value of
すなわち、この構成により、一方の重心導出値算出器1
eは、例えば、真理値出力器1bが6ユニツトである場
合で説明するならば、
y、−o・Ca+0.2・C富士0.4・C8+0.6
・Ca+0.8・C%+l’c&但し、Cえは制御操作
量の真理値
を出力し、これに対して、他方の重心導出値算出器1e
は、
Y、−−1−C,−0,8・C,−0,6・C5−0,
4・C4−0,2・C3−〇・C6を出力するので、こ
の重心導出値算出器1eの出力値Y、、Yよを使用して
、
1
Y←
Y、−Y。That is, with this configuration, one center of gravity derived value calculator 1
For example, in the case where the truth value output device 1b has 6 units, e is y, -o・Ca+0.2・C Fuji0.4・C8+0.6
・Ca+0.8・C%+l'c& However, C outputs the truth value of the control operation amount, and in contrast, the other center of gravity derived value calculator 1e
is Y, -1-C, -0,8・C, -0,6・C5-0,
4.C4-0, 2.C3-〇.C6 are output, so using the output values Y, , Y of this centroid derived value calculator 1e, 1 Y← Y, -Y.
を計真すると、
Y+
Y閤
C+ + Cz + Cs + Ca + CS +C
6というように、上述の(13)式で説明した重心値が
求められることになるのである。If you plan, Y+ Y閤C+ + Cz + Cs + Ca + CS +C
6, the center of gravity value explained in equation (13) above is obtained.
第14図に、以上の処理により階層ネットワーク部11
に写体されることになるファジィ制御ルールの実現のた
めの機能配置を図示する。ここで、図中、記号の付かな
いO印は基本ユニッ)1を示している。また、図中のX
I(SA)は、XIという制御状態量についてのメンバ
ーシップ関数SAにより求められるXlの真理値を表し
、LH5−1は、前件部演算の演算結果値を表し、Y(
SA)は、Yという制御操作量についてのメンバーシッ
プ関数SAに対応付けられるものであることを表してい
る。FIG. 14 shows that the hierarchical network unit 11 is
The functional arrangement for realizing the fuzzy control rules that will be photographed in this figure is illustrated. Here, in the figure, the O mark without a symbol indicates the basic unit) 1. Also, the X in the diagram
I(SA) represents the truth value of Xl determined by the membership function SA for the control state quantity XI, LH5-1 represents the calculation result value of the antecedent part calculation, and Y(
SA) indicates that it is associated with the membership function SA for the control operation amount Y.
第15図に、この第14図を機能ブロック化したものを
図示する。i!l中、処理ユニット13aは第1図の処
理ユニット13に対応するというように、第1図で説明
したものと同し機能を発揮するものについては対応する
数値でもって表記しである。但し、第1図の構成では、
第4の処理層の処理ユニット16が同一制御操作量種別
に係る個々のメンバーシップ関数を管理するとともに、
出力ユニット17がそれらのメンバーシップ関数の関数
和を求めてファジィ推論値を算出するという構成を採る
ものを示したのに対して、この第15図では、第4の処
理層の処理ユニッ)16aが同一制御操作量種別に係る
メンバーシップ関数の関数和を同時に算出してしまうと
いう構成を採るものを示すものであることから、第1図
では、処理ユニット16を処理ユニット15対応で備え
るように示しているのに対して、第15図では、同一制
御操作量種別に係る処理ユニッ)15a群に対して処理
ユニット16aが1個備えられることで示しである。FIG. 15 shows a functional block diagram of FIG. 14. i! 1, those that perform the same functions as those explained in FIG. 1 are indicated by corresponding numerical values, such as the processing unit 13a corresponding to the processing unit 13 in FIG. 1. However, in the configuration shown in Figure 1,
The processing unit 16 of the fourth processing layer manages individual membership functions related to the same control operation amount type, and
While the output unit 17 is configured to calculate the fuzzy inference value by calculating the function sum of these membership functions, in this FIG. 15, the processing unit 16a of the fourth processing layer is Since this shows a configuration in which the function sum of membership functions related to the same control operation amount type is calculated at the same time, in FIG. In contrast, in FIG. 15, one processing unit 16a is provided for a group of processing units 15a related to the same control operation amount type.
このようにして、ユーザは、第15図に示すように、階
層ネットワーク部11の最前段の中間層(第14図に示
すように次層を利用する場合もあるが、これは一体的な
ものであることから最前段の中間層であると言える)の
基本ユニット1−iに代えて、生成された制御状態量に
ついてのメンバーシップ関数の真理値を算出して出力す
る処理ユニット13aを割り付け、第2番目に位置する
中間層の基本ユニットlに代えて、人力値の平均値を算
出して出力する処理ユニット14aを割り付け、第3番
目に位置する中間層の基本ユニット1に代えて、入力値
の加算値を算出して出力する処理ユニット15aを割り
付け、第4番目に位置する中間層の基本ユニット1に代
えて、生成された制御操作量についてのメンバーシップ
関数の真理値をその前段に位置する処理ユニット15a
からの出力値に応じて縮小して出力する処理ユニット1
6aを割り付け、出力層の基本ユニットlに代えて、制
御操作量の重心演算のために用いられる2つの値を算出
して出力する出力ユニッ)17aを割り付けることで、
ファジィ制御ルールの階層ネットワーク部11への写像
を実現することになる。In this way, as shown in FIG. 15, the user uses the intermediate layer at the forefront of the hierarchical network section 11 (in some cases, the next layer is used as shown in FIG. 14, but this is not an integral In place of the basic unit 1-i of the intermediate layer (which can be said to be the first-stage intermediate layer), a processing unit 13a that calculates and outputs the truth value of the membership function for the generated control state quantity is assigned, In place of the basic unit l of the middle layer located at the second position, a processing unit 14a that calculates and outputs the average value of human power is allocated, and in place of the basic unit 1 of the middle layer located third, A processing unit 15a that calculates and outputs the sum of the values is assigned, and instead of the basic unit 1 of the intermediate layer located at the fourth position, the truth value of the membership function for the generated control operation amount is assigned to the previous stage. Processing unit 15a located
Processing unit 1 that reduces and outputs according to the output value from
6a, and in place of the basic unit l of the output layer, an output unit (17a) that calculates and outputs two values used for calculating the center of gravity of the control operation amount,
Mapping of fuzzy control rules to the hierarchical network unit 11 is realized.
このファジィ制御ルールの写像処理にあって、例えば温
度のように同一種別の制御状態量のメンバーシップ関数
の真理値を算出して出力する処理ユニット13a(図中
の破線で囲んだもの)については、特定の同一の入カニ
ニット12(その制御状態量値を分配するもの)とのみ
内部結合する構成が採られることを基本とするが、この
メンバーシップ関数が例えば温度と湿度とにより規定さ
れる不快指数のように異なる制御状態量に関係する場合
には、複数の入カニニット12と内部結合する構成が採
られることになる。このような入カニニット12と処理
ユニット13aとの間の内部結合関係の確立は、それ以
外の内部結合に対して学習によっても変化されないゼロ
値の重み値を設定することで実現される。そして、処理
ユニット14aは、ファジィ制御ルールの前件部演算を
実行するものであることから、生成するファジィ制御ル
ールの数分割り付けられ、考えられるすべての組合せの
ファジィ制御ルールを写倣すべく、処理ユニット13a
と処理ユニット14aとの間はすべて内部結合する構成
が採られることになる。In this fuzzy control rule mapping process, the processing unit 13a (encircled by a broken line in the figure) calculates and outputs the truth value of the membership function of the same type of control state quantity, such as temperature, for example. Basically, a configuration is adopted in which internal connections are made only with specific identical input crab units 12 (those that distribute their control state quantity values), but this membership function is, for example, In the case of relating to different control state quantities such as an index, a configuration in which a plurality of input units 12 are internally coupled is adopted. Establishment of such an internal connection relationship between the input unit 12 and the processing unit 13a is achieved by setting zero weight values that are not changed by learning for other internal connections. Since the processing unit 14a executes the antecedent calculation of the fuzzy control rule, it is assigned several divisions of the fuzzy control rules to be generated, and in order to copy all possible combinations of the fuzzy control rules, Processing unit 13a
A configuration will be adopted in which all of the components and the processing unit 14a are internally coupled.
また、処理ユニット15aは、ファジィ制御ルールの後
件部演算を実行するものであることから、制御操作量の
メンバーシップ関数の数分割り付けられ、考えられるす
べての組合せのファジィ制御ルールを写倣すべく、処理
ユニット14aと処理ユニッ)15aとの間はすべて内
部結合する構成が採られる。そして、第10図で説明し
たように、処理ユニッ)16aと対応する処理ユニット
15aとの間はすべて内部結合する構成が採られるとと
もに、第13図で説明したように、処理ユニット16a
とこれにl対l対応で備えられる出カニニット17aと
の間もまたすべて内部結合する構成が採られることにな
る。Furthermore, since the processing unit 15a executes the consequent computation of the fuzzy control rule, it is assigned to the number of membership functions of the control operation amount and copies all possible combinations of the fuzzy control rule. Therefore, a configuration is adopted in which the processing unit 14a and the processing unit 15a are all internally coupled. As explained in FIG. 10, the processing unit 16a and the corresponding processing unit 15a are all internally coupled, and as explained in FIG.
A configuration is also adopted in which all of the output units 17a and the output units 17a provided in 1-to-1 correspondence are internally coupled.
ファジィ制御ルールの写像処理が完了すると、第2図に
示したシステムを使用して、ユーザは、制御対象から入
手される実際の制御データ群を学習信号格納部[20の
学習信号格納部21に登録し、続いて、学習信号提示装
置20に対して、登録された制御データ群を階層ネット
ワーク構成データ処理袋f 10 aに提示していくよ
う指示することで、階層ネットワーク部11の重み値の
学習の実行を指示する。When the fuzzy control rule mapping process is completed, the user uses the system shown in FIG. By instructing the learning signal presentation device 20 to present the registered control data group to the hierarchical network configuration data processing bag f 10 a, the weight values of the hierarchical network unit 11 can be changed. Instruct the execution of learning.
この重み値の学習にあたって、入カニニット12と処理
ユニット13aとの間の内部結合の重み値の初期値とし
ては、第8図及び第9図で説明した対応の重み値(閾値
)がセットされる。また、処理ユニッ)13aと処理ユ
ニット14aとの間の内部結合の重み値の初期値として
は、第11図(a)で説明したように″1/入大入力”
がセットされる。また、処理ユニット14aと処理ユニ
ッ)15aとの間の内部結合の璽み値の初期値としては
、第11図(b)で説明したように“l”がセットされ
る。また、処理ユニット15aと処理ユニッ)16aと
の間の内部結合の重み値の初期値としては、第1O図で
説明したように後件部メンバーシップ関数を実現する値
がセットされる。In learning this weight value, the corresponding weight value (threshold value) explained in FIGS. 8 and 9 is set as the initial value of the weight value of the internal connection between the input crab unit 12 and the processing unit 13a. . In addition, as the initial value of the weight value of the internal connection between the processing unit 13a and the processing unit 14a, as explained in FIG.
is set. Further, as the initial value of the mesh value of the internal connection between the processing unit 14a and the processing unit 15a, "l" is set as explained in FIG. 11(b). Further, as the initial value of the weight value of the internal connection between the processing unit 15a and the processing unit 16a, a value that realizes the consequent membership function is set as explained in FIG. 1O.
そして、処理ユニット16aと出カニニット17aとの
間の内部結合の重み値の初期値としては、第13図で説
明した対応の重み値がセットされることになる。Then, the corresponding weight value explained in FIG. 13 is set as the initial value of the weight value of the internal connection between the processing unit 16a and the output unit 17a.
学習信号提示装置20から学習用の制御状態量データを
受は取ると、階層ネットワーク部11の人カニニット1
2は、この制御状前置データを対応の処理ユニット13
aに分配する。続いて、この制御状態量データを受は取
ると、各処理ユニット13aは、前件部メンバーシップ
関数の真理値を算出して、次段の処理ユニット14aに
その算出した真理値を出力する。続いて、前件部メンバ
ーシップ関数の真理値と対応の重み値との乗算値を受は
取ると、処理ユニット14aは、その入力値の平均値を
算出して次段の処理ユニッ)15aに前件部演算の演算
値として出力する。続いて、前件部演算の演算値と対応
の重み値との乗算値を受は取ると、処理ユニット15a
は、その入力値の加算値を算出して次段の処理ユニット
16aに後件部演算の演算値として出力する。続いて、
後件部演算の演算値と対応の重み値との乗算値を受は取
ると、処理ユニット16aは、出カニニット17aにそ
の人力値に応じて縮小した後件部メンバーシップ関数の
真理値の関数和を出力する。続いて、この後件部メンバ
ーシップ関数の関数和を受は取ると、出力ユニッ)17
aは、制御操作量データの算出のために必要となる上述
の2つの値Y+、Yzを算出して出力し、この出力を受
けて図示しない演算手段が最終的な出力である制御操作
量データを算出して重み値変更部30a及び学習収束判
定部23に出力する。When receiving control state quantity data for learning from the learning signal presentation device 20, the human crab unit 1 of the hierarchical network unit 11
2 transmits this control state prefix data to the corresponding processing unit 13.
Distribute to a. Subsequently, upon receiving this control state quantity data, each processing unit 13a calculates the truth value of the antecedent membership function and outputs the calculated truth value to the next stage processing unit 14a. Next, when the product value of the truth value of the antecedent membership function and the corresponding weight value is obtained, the processing unit 14a calculates the average value of the input values and sends it to the next stage processing unit 15a. Output as the calculated value of the antecedent part calculation. Subsequently, when the multiplication value of the calculated value of the antecedent part calculation and the corresponding weight value is obtained, the processing unit 15a
calculates the added value of the input values and outputs it to the next stage processing unit 16a as the calculated value of the consequent part calculation. continue,
When the multiplication value of the calculated value of the consequent part operation and the corresponding weight value is obtained, the processing unit 16a sends the output unit 17a a function of the truth value of the consequent part membership function reduced according to the human power value. Output the sum. Next, when we take the function sum of this consequent membership function, we get the output unit)17
a calculates and outputs the above-mentioned two values Y+ and Yz necessary for calculating the control operation amount data, and upon receiving this output, the arithmetic means (not shown) outputs the control operation amount data as the final output. is calculated and output to the weight value changing unit 30a and the learning convergence determining unit 23.
このようにして出カニニット17aから制御操作量デー
タを受は取ると、重み値変更部30aは、上述の(7)
式に従ってα、jを算出して(8)式に従って出カニニ
ット17aと処理ユニット16aとの間の内部結合の重
み値の更新量を算出する。ここで、出カニニット17a
と処理ユニット16aとの間の内部結合の重み値はファ
ジィ制御ルールを生成するためには大きな意味を持たな
いものであることから、この算出された更新量に従って
重み値を更新していかなくてもよい、なお、この学習処
理の開始にあたって、学習用の制御操作量データから教
師信号として用いられる上述の2つのYl。When the control operation amount data is received from the output unit 17a in this way, the weight value changing unit 30a performs the above-mentioned (7).
α and j are calculated according to the formula (8), and the update amount of the weight value of the internal connection between the output unit 17a and the processing unit 16a is calculated according to the formula (8). Here, the out crab knit 17a
Since the weight value of the internal connection between and the processing unit 16a does not have much meaning for generating fuzzy control rules, the weight value is not updated according to the calculated update amount. In addition, at the start of this learning process, the above-mentioned two Yl are used as teacher signals from the control operation amount data for learning.
Y、を算出することが要求されるが、この処理は、戦え
ば、学習用の制御操作量データ値を通る特定な傾きの直
線と、後件部メンバーシップ関数の左右の両端点上との
交点に従って決定する等の方法により実行されることに
なる。It is required to calculate Y, but this process requires the connection between a straight line with a specific slope passing through the control operation amount data value for learning and the left and right end points of the consequent membership function. This will be carried out by a method such as determining according to the intersection points.
続いて、重み値変更部30aは、この算出したα□を用
いて、上述の(9)式に従ってβ0を算出して(lO)
式に従って処理ユニット16aと処理ユニット15aと
の間の内部結合の重み値の更新量を算出する。ここで、
処理ユニット16aと処理ユニット15aとの間の内部
結合の重み値もファジィ制御ルールを生成するためには
大きな意味を持たないものであることから、この算出さ
れた更新量に従って重み値を更新していかなくてもよい
。Next, the weight value changing unit 30a uses this calculated α□ to calculate β0 according to the above equation (9), and obtains (lO).
The update amount of the weight value of the internal connection between the processing unit 16a and the processing unit 15a is calculated according to the formula. here,
Since the weight value of the internal connection between the processing unit 16a and the processing unit 15a does not have much meaning for generating fuzzy control rules, the weight value is updated according to the calculated update amount. It doesn't have to be.
続いて、重み値変更部30aは、この算出したβ2.を
用いて、上述の(11)式に従ってTabを算出して(
12)式に従って処理ユニッ)15aと処理ユニット1
4aとの間の内部結合の重み値の更新量を算出する。こ
の処理ユニッ)15aと処理ユニット14aとの間の内
部結合の重み値はファジィ制御ルールを生成するために
意味を持つ重み値であることから、重み値変更部30a
は、この算出された更新量に従って次の更新サイクルの
ための重み値を算出して重み値格納部18に格納する。Subsequently, the weight value changing unit 30a changes the calculated β2. Calculate Tab according to the above equation (11) using
12) Processing unit) 15a and processing unit 1 according to formula
The update amount of the weight value of the internal connection with 4a is calculated. Since the weight value of the internal connection between the processing unit 15a and the processing unit 14a is a weight value that has meaning for generating fuzzy control rules, the weight value changing unit 30a
calculates a weight value for the next update cycle according to the calculated update amount and stores it in the weight value storage section 18.
続いて、重み値変更部30aは、同様の処理に従って、
ファジィ制御ルールの生成のために意味ヲ持つ処理ユニ
ット14aと処理ユニット13aとの間の内部結合の重
み値の更新量を算出し、次の更新サイクルのための重み
値を算出して重み値格納部18に格納する。処理ユニッ
ト13aと入カニニット12との間の内部結合の重み値
はファジィ制御ルールを生成するためには大きな意味を
持たないものであることから、重み値変更部30aは、
ここで、この更新サイクルでの重み値の更新処理を打ち
切ることができる。Subsequently, the weight value changing unit 30a performs the same process as follows.
The update amount of the weight value of the internal connection between the processing unit 14a and the processing unit 13a, which has meaning for the generation of fuzzy control rules, is calculated, and the weight value for the next update cycle is calculated and the weight value is stored. It is stored in the section 18. Since the weight value of the internal connection between the processing unit 13a and the input crab unit 12 does not have much meaning for generating fuzzy control rules, the weight value changing unit 30a
Here, the weight value update process in this update cycle can be terminated.
学習信号提示装置20の学習収束判定部23が重み値の
学習収束を判断しない場合には、学習信号提示部22か
ら同じ学習用の制御データ群の提示が再度実行されるこ
とになるので、重み値変更部30aは、上述の処理と同
一の手順を繰り返していくことで、処理ユニット15a
と処理ユニット14aとの間の内部結合の重み値と、処
理ユニット14aと処理ユニット13aとの間の内部結
合の重み値の更新処理を続行する。If the learning convergence determination unit 23 of the learning signal presentation device 20 does not determine learning convergence of the weight values, the learning signal presentation unit 22 will present the same learning control data group again. The value changing unit 30a repeats the same procedure as the above process, thereby changing the value to the processing unit 15a.
The process of updating the weight value of the internal connection between the processing unit 14a and the processing unit 14a and the weight value of the internal connection between the processing unit 14a and the processing unit 13a continues.
この学習処理により、学習用の制御データ群の関係付け
を表現する処理ユニット15aと処理ユニット14aと
の間の内部結合の重み値と、処理ユニット14aと処理
ユニット13aとの間の内部結合の重み値が求められる
ことになるが、この重み値は、実際の制御対象の制御内
容が写体されたものを表している。すなわち、実際の制
御対象に従ってより関係が深いと規定される制御状態量
と制御操作量との間に関しての内部結合は、より大きな
内部状態値をもつことになる。Through this learning process, the weight value of the internal connection between the processing unit 15a and the processing unit 14a that expresses the relationship between the control data group for learning, and the weight value of the internal connection between the processing unit 14a and the processing unit 13a are determined. This weight value represents the actual control content of the controlled object. That is, an internal connection between a control state quantity and a control operation quantity that is defined as having a deeper relationship according to the actual controlled object has a larger internal state value.
これから、大きな値をもつ重み値により結ばれる処理ユ
ニット13aと処理ユニット14aと処理ユニット15
aとの関係を抽出することで、例えば第16図に示すよ
うな制御対象の忠実な制御モデルとなるファジィ制御ル
ールを得ることができるのである。ここで、第16図中
、処理ユニッ)16aについては、第1図の記述と同一
形式でもって表しである。From now on, processing unit 13a, processing unit 14a, and processing unit 15 connected by a weight value having a large value.
By extracting the relationship with a, it is possible to obtain a fuzzy control rule that is a faithful control model of the controlled object, as shown in FIG. 16, for example. Here, in FIG. 16, the processing unit 16a is shown in the same format as the description in FIG.
以上に説明した実施例では、第5図及び第6図に示すよ
うなハードウェア部品により構成される階層ネットワー
ク部11を利用するものを開示した。次に、計算機上に
構築される階層ネットワーク・シミュレータにより実現
される階層ネットワーク部11を利用する実施例につい
て詳細に説明する。In the embodiments described above, the hierarchical network unit 11 made up of hardware components as shown in FIGS. 5 and 6 was disclosed. Next, an embodiment using the hierarchical network section 11 realized by a hierarchical network simulator built on a computer will be described in detail.
第17図に、階層ネットワーク・シミュレータを利用し
て本発明を実現するために使用する装置のシステム構成
を図示する0図中、第1図及び第2図で説明したものと
同じものについては同一の記号で示しである。10bが
計算機上に構築される階層ネットワーク・シミュレータ
である。第18図に、この階層ネットワーク・シミュレ
ータ10bの詳細な機能構成を図示する。FIG. 17 shows the system configuration of a device used to implement the present invention using a hierarchical network simulator. In FIG. 17, the same parts as those explained in FIGS. It is indicated by the symbol. 10b is a hierarchical network simulator built on a computer. FIG. 18 shows a detailed functional configuration of this hierarchical network simulator 10b.
この第18図に示すように、階層ネットワーク・シミュ
レータ10bは、第15図に示すような処理ユニット1
3 a 、14 a + 15 a + 16 a *
及び出カニニット17aの結合関係を管理するネットワ
ーク構造管理部40と、演算処理全体の制御を実行する
演算制御部41と、各処理ユニット13a、14a、1
5a、16aに入力される入力値を一時的に展開する入
力データ展開部42と、各内部結合に割り付けられる重
み値を管理する重み値管理部43と、前件部メンバーシ
ップ関数をテーブル手段等により管理する前件部メンバ
ーシップ関数管理部44と、後件部メンバーシップ関数
をテーブル手段等により管理する後件部メンバーシップ
関数管理部45と、各処理ユニッF 13 a +14
a、15a、16aの演算機能を実行する演算実行部4
6と、演算実行部46により算出された各処理ユニット
の出力値となる演算値を管理する出力データ管理部47
と、処理ユニッl−16aの演算値に対して重心演算を
実行することで階層ネットワーク・シミュレータ10b
の出力値となる制御操作量データを算出する重心演算部
48とを備えるよう構成される。As shown in FIG. 18, the hierarchical network simulator 10b includes a processing unit 1 as shown in FIG.
3 a, 14 a + 15 a + 16 a *
and a network structure management section 40 that manages the connection relationship between the output unit 17a, an arithmetic control section 41 that controls the entire arithmetic processing, and each processing unit 13a, 14a, 1
5a and 16a; a weight value management unit 43 that manages weight values assigned to each inner connection; and an antecedent membership function, such as table means, etc. an antecedent membership function management section 44 that manages the consequent membership function using table means, a consequent membership function management section 45 that manages the consequent membership function using table means, etc., and each processing unit F13a+14.
Arithmetic execution unit 4 that executes the arithmetic functions of a, 15a, and 16a
6, and an output data management unit 47 that manages the calculated values that are the output values of each processing unit calculated by the calculation execution unit 46.
The hierarchical network simulator 10b executes a centroid calculation on the calculated value of the processing unit l-16a.
The center of gravity calculating section 48 calculates the control operation amount data that is the output value of.
そして、この演算実行部46は、処理ユニット13 a
+ 14 a + 15 a + 16 aの処理を
模擬すべく、重み値と入力値との乗算値を算出する乗算
値算出部49と、乗算値算出部49の乗算値に従って前
件部メンバーシップ関数の真理値を算出する前件部真理
値算出部50と、前件部演算機能が入力値の最小値を求
める場合に備えられて、乗算値算出部49の乗算値の内
の最小値を特定する最小値特定部51と、後件部演算機
能が入力値の最大値を求める場合に備えられて、乗算値
算出部49の乗算値の内の最大値を特定する最大値特定
部52と、後件部メンバーシップ関数の関数値を縮小し
て出力する後件部真理値出力部53とを備えるよう構成
される。Then, this calculation execution unit 46 is implemented by the processing unit 13 a
+ 14 a + 15 a + 16 a To simulate the process of + 14 a + 15 a + 16 a, a multiplication value calculation unit 49 calculates a multiplication value between a weight value and an input value, and an antecedent part membership function according to the multiplication value of the multiplication value calculation unit 49. The antecedent truth value calculation unit 50 calculates the truth value of , and the antecedent calculation function specifies the minimum value among the multiplication values of the multiplication value calculation unit 49 in case the antecedent calculation function calculates the minimum value of the input values. a minimum value specifying unit 51 that specifies the maximum value of the multiplication values of the multiplication value calculation unit 49, which is provided when the consequent calculation function calculates the maximum value of the input value; and a consequent truth value output unit 53 that reduces and outputs the function value of the consequent membership function.
階層ネットワーク・シミュレータ10bでは、基本ユニ
ット1に割り付けられる重み値や闇値に従って前件部メ
ンバーシップ関数の算出機能や、前件部演算機能や、後
件部演算機能や、後件部メンバーシップ関数の出力機能
や、制御状態量データの重心演算機能を実現するもので
はないことから、基本ユニット1を利用する場合と異な
り、重み値の初期値としてはl″等が設定(ランダム値
を設定する方法を採ることも可能である)されることに
なる、また、前件部及び後件部演算機能として、最小値
や最大値を選択するといった不連続な関数処理を用いる
ことが可能であることから、このような関数処理を用い
る場合には、厳密な意味において上述したバック・プロ
パゲーシッン法を使用することはできないのであるが、
本発明ではバック・プロパゲーシッン法を広義に捉えて
、内部状態値学習処理装置30によりバック・プロパゲ
ーション法に従って重み値の学習を実行する構成を採る
ものである。勿論、本発明は重み値の学習方法によりそ
の適用が限られるものではないので、より適切な学習ア
ルゴリズムに従って実行することも可能である。また、
この階層ネットワーク・シミュレータ10bでは、後件
部メンバーシップ関数管理部45がテーブル手段等によ
り直接的に後件部メンバーシップ関数を管理する構成を
採ることから、処理ユニット16aについては、第1図
の構成のように処理ユニット15a対応で備えられる構
成になる。The hierarchical network simulator 10b performs functions such as calculating an antecedent membership function, an antecedent calculation function, a consequent calculation function, and a consequent membership function according to the weight values and dark values assigned to the basic unit 1. Since it does not realize the output function of control state quantity data or the function of calculating the center of gravity of control state quantity data, unlike when using basic unit 1, the initial value of the weight value is set to l'', etc. (a random value is set). It is also possible to use discontinuous functional processing such as selecting the minimum value or maximum value as the antecedent part and consequent part calculation function. Therefore, when using such functional processing, the back propagation method described above cannot be used in a strict sense.
The present invention views the back propagation method in a broad sense, and adopts a configuration in which the internal state value learning processing device 30 executes learning of weight values according to the back propagation method. Of course, the application of the present invention is not limited to the method of learning weight values, so it is also possible to implement it according to a more appropriate learning algorithm. Also,
In this hierarchical network simulator 10b, since the consequent membership function management unit 45 directly manages the consequent membership functions by table means or the like, the processing unit 16a is configured as shown in FIG. As shown in the configuration, the configuration is provided in correspondence with the processing unit 15a.
次に、階層ネットワーク・シミュレータ10bを使用し
た場合の本発明の処理について説明する。Next, the processing of the present invention when using the hierarchical network simulator 10b will be explained.
学習信号提示装置20から学習用の制御状態量データを
入力データ展開部42に受は取ると、乗算値算出部49
は、入力データ展開部42から各処理ユニット13aの
入力値を処理ユニット13aを単位にして読み出し、重
み値管理部43からそれらの入力値に対応付けられる重
み値を読み出すとともに、これらの対応する乗算処理を
実行する。この乗算値が算出されると、前件部真理値算
出部50は、前件部メンバーシップ関数管理部44から
対応の前件部メンバーシップ関数を読み出すとともに、
その読み出した前件部メンバーシップ関数に従ってこの
乗算値に対応付けられる真理値を算出して出力データ管
理部47に格納する。When the control state quantity data for learning is received from the learning signal presentation device 20 to the input data development section 42, the multiplication value calculation section 49
reads out the input values of each processing unit 13a from the input data expansion section 42 in units of processing units 13a, reads out the weight values associated with those input values from the weight value management section 43, and performs their corresponding multiplication. Execute processing. When this multiplication value is calculated, the antecedent truth value calculation unit 50 reads out the corresponding antecedent membership function from the antecedent membership function management unit 44, and
The truth value associated with this multiplication value is calculated according to the read antecedent membership function and stored in the output data management section 47.
すべての処理ユニット13aについての処理が終了する
と、出力データ管理部47は、求められた前件部メンバ
ーシップ関数の真理値を入力データ展開部42に展開す
る。When the processing for all processing units 13a is completed, the output data management unit 47 expands the obtained truth value of the antecedent membership function to the input data expansion unit 42.
続いて、乗算値算出部49は、入力データ展開部42か
ら各処理ユニッ)14aの入力値を処理ユニット14a
を単位にして読み出し、重み値管理部41からそれらの
入力値に対応付けられる重み値を読み出すとともに、こ
れらの対応する乗算処理を実行する。この乗算値が算出
されると、最小値特定部51は、この乗算値の内の最小
値を特定することで前件部演算の演算値を算出して出力
データ管理部47に格納する。すべての処理ユニッ)1
4aについての処理が終了すると、出力データ管理部4
7は、求められた前件部演算の演算結果値を入力データ
展開部42に展開する。Subsequently, the multiplication value calculation unit 49 converts the input value of each processing unit 14a from the input data expansion unit 42 into the processing unit 14a.
are read out in units of input values, the weight values associated with these input values are read out from the weight value management section 41, and the corresponding multiplication processing is executed. When this multiplication value is calculated, the minimum value specifying unit 51 calculates the calculated value of the antecedent part calculation by specifying the minimum value among the multiplication values, and stores it in the output data management unit 47. All processing units) 1
When the processing for 4a is completed, the output data management section 4
7 expands the calculated result value of the antecedent part calculation to the input data expansion unit 42.
続いて、乗算値算出部49は、人力データ展開部42か
ら各処理ユニット15aの入力値を処理ユニット15a
を単位にして読み出し、重み値管理部43からそれらの
入力値に対応付けられる重み値を読み出すとともに、こ
れらの対応する乗算処理を実行する。この乗算値が算出
されると、最大値特定部52は、この乗算値の内の最大
値を特定することで後件部演算の演算値を算出して出力
データ管理部47に格納する。すべての処理ユニット1
5aについての処理が終了すると、出力データ管理部4
7は、求められた後件部演算の演算結果値を入力データ
展開部42に展開する。Subsequently, the multiplication value calculation section 49 converts the input value of each processing unit 15a from the human data development section 42 into the processing unit 15a.
are read out in units of input values, the weight values associated with these input values are read out from the weight value management section 43, and the corresponding multiplication processing is executed. When this multiplication value is calculated, the maximum value specifying unit 52 calculates the calculated value of the consequent part calculation by specifying the maximum value among the multiplied values, and stores it in the output data management unit 47. All processing units 1
When the processing for 5a is completed, the output data management section 4
7 expands the calculated result value of the consequent part calculation into the input data expansion unit 42.
続いて、乗算値算出部49は、入力データ展開部42か
ら処理ユニツ)16aの入力値を処理ユニット16aを
単位にして読み出し、重み値管理部43からそれらの入
力値に対応付けられる重み値を読み出すとともに、これ
らの対応する乗算処理を実行する。この乗算値が算出さ
れると、後件部真理値出力部53は、後件部メンバーシ
ップ関数管理部45から対応の後件部メンバーシップ関
数を読み出すとともに、その読み出した後件部メンバー
シップ関数の関数値をこの乗算値に従って縮小して出力
データ管理部47に格納する。すべての処理ユニット1
6aについての処理が終了すると、出力データ管理部4
7は、縮小された後件部メンバーシップ関数の関数値を
同一種別の制御操作量を単位にして重心演算部48に通
知し、この通知処理を受けて、重心演算部48は、上述
の(13)式の重心演算を実行することで階層ネットワ
ーク・シミュレータlObの出力値となる制御操作量デ
ータを算出して、内部状S*学習処理装置30及び学習
信号提示装置20の学習収束判定部23に出力する。Subsequently, the multiplication value calculation section 49 reads out the input values of the processing unit 16a from the input data development section 42 in units of processing units 16a, and receives the weight values associated with those input values from the weight value management section 43. At the same time as reading, these corresponding multiplication operations are executed. When this multiplication value is calculated, the consequent truth value output unit 53 reads out the corresponding consequent membership function from the consequent membership function management unit 45, and also reads out the consequent membership function that has been read out. The function value of is reduced according to this multiplication value and stored in the output data management section 47. All processing units 1
When the processing for 6a is completed, the output data management section 4
7 notifies the center of gravity calculation unit 48 of the function value of the reduced consequent membership function in units of control operation amounts of the same type, and upon receiving this notification processing, the center of gravity calculation unit 48 performs the above-mentioned (( 13) Calculate the control operation amount data that becomes the output value of the hierarchical network simulator lOb by executing the center of gravity calculation of equation Output to.
このようにして階層ネットワーク・シミュレータtab
から制御操作量データを受は取ると、内部状11値学習
処理装f30は、上述した重み値変−更部30aの処理
と同様の処理を実行することで、ファジィ制御ルールを
生成するために意味を持つ重み値である処理ユニッ)1
5aと処理ユニット14aとの間の内部結合の重み値と
、処理ユニット14aと処理ユニット13aとの間の内
部結合の重み値の更新量を算出するとともに、この算出
された更新量に従って次の更新サイクルのための重み値
を算出して階層ネットワーク・シミュレータ10bの重
み値管理部43の重み値を更新する。In this way the hierarchical network simulator tab
When the control operation amount data is received from the internal state 11 value learning processing unit f30, the internal state 11-value learning processing unit f30 executes processing similar to the processing of the weight value changing unit 30a described above to generate fuzzy control rules. A processing unit that is a meaningful weight value) 1
The update amount of the weight value of the internal connection between 5a and the processing unit 14a and the weight value of the internal connection between the processing unit 14a and the processing unit 13a is calculated, and the next update is performed according to the calculated update amount. The weight value for the cycle is calculated and the weight value of the weight value management unit 43 of the hierarchical network simulator 10b is updated.
そして、学習信号提示装置20の学習収束判定部23が
重み値の学習収束を判断しない場合には、学習信号提示
部22から同じ学習用の制御データ群の提示が再度実行
されることになるので、内部状am学習処理装置F30
は、この処理手順を繰り返していくことで、処理ユニッ
ト15aと処理ユニット14aとの間の内部結合の重み
値と、処理ユニット14aと処理ユニット13aとの間
の内部結合の重み値の学習値を学習する。If the learning convergence determination unit 23 of the learning signal presentation device 20 does not determine the learning convergence of the weight values, the learning signal presentation unit 22 will present the same learning control data group again. , internal state am learning processing device F30
By repeating this processing procedure, the learned values of the weight value of the internal connection between the processing unit 15a and the processing unit 14a and the weight value of the internal connection between the processing unit 14a and the processing unit 13a are obtained. learn.
この学習処理により、第5図及び第6図に示すようなハ
ードウェア部品により構成される階層ネットワーク部1
1を利用する場合と同様に、学習用の制御データ群の関
係付けを表現する処理ユニット15aと処理ユニッ)1
4aとの間の内部結合の重み値と、処理ユニット14a
と処理ユニッ)13aとの間の内部結合の重み値が求め
られることになり、これから、例えば第16図に示すよ
うな制御対象の忠実な制御モデルとなるファジィ制御ル
ールを得ることができるのである。Through this learning process, the hierarchical network unit 1 composed of hardware components as shown in FIGS. 5 and 6
1, the processing unit 15a and the processing unit 1) that express the relationship between the control data group for learning.
4a and the processing unit 14a.
The weight value of the internal connection between the processing unit 13a and the processing unit 13a is determined, and from this it is possible to obtain a fuzzy control rule that is a faithful control model of the controlled object, as shown in FIG. 16, for example. .
次に、本発明によるファジィ制御ルールの生成方法を模
擬するために行ったシミュレーシッン結果について説明
する。Next, the results of a simulation conducted to simulate the fuzzy control rule generation method according to the present invention will be described.
このシミニレ−シランは、第19図に示すように、処理
ユニット13aと処理ユニッ)14aと処理ユニット1
5aとを夫々2個用意して行った。As shown in FIG.
Two pieces of each of 5a and 5a were prepared.
第20図(a)に、処理ユニット13a−1に割り付け
られる前件部メンバーシップ関数、第20図(b)に、
処理ユニッ)13a−2に割り付けられる前件部メンバ
ーシップ関数の演算機能、第20図(c)に、処理ユニ
ット15a−1に対応付けられる後件部メンバーシップ
関数の演算機能、第20図(d)に、処理ユニッ)15
a−2に対応付けられるメンバーシップ関数の演算機能
を図示する。FIG. 20(a) shows the antecedent membership function assigned to the processing unit 13a-1, and FIG. 20(b) shows the antecedent membership function assigned to the processing unit 13a-1.
The calculation function of the antecedent membership function assigned to the processing unit 13a-2, FIG. 20(c), and the calculation function of the consequent membership function associated with the processing unit 15a-1, d), processing unit) 15
The calculation function of the membership function associated with a-2 is illustrated.
ここで、処理ユニット14 a−1,14a−2には、
入力値の平均値を算出して出力する前件部演算機能を割
り付け、処理ユニットl 5 a−1,15a−2には
、入力値の加算値を算出して出力する後件部演算機能を
割り付けた。Here, the processing units 14a-1 and 14a-2 include
An antecedent part calculation function that calculates and outputs the average value of input values is assigned, and a consequent part calculation function that calculates and outputs an added value of input values is assigned to the processing units l5a-1 and 15a-2. Assigned.
制御対象から、第21図に示す制御データが入手された
ものとして重み値の学習を行った。第19図中に示す数
値が学習結果の重み値である。図中の太い線の内部結合
が大きな値を持っていることが明らかとなる。これから
、
if X is B IG then Y is SM
ALLif X is SMAL L then Y
is B I Gというファジィ制御ルールを抽出でき
ることになる。Learning of weight values was performed assuming that the control data shown in FIG. 21 was obtained from the controlled object. The numerical values shown in FIG. 19 are the weight values of the learning results. It is clear that the internal connections indicated by the thick lines in the figure have large values. From now on, if X is B IG then Y is SM
ALLif X is SMAL L then Y
This means that the fuzzy control rule is B I G can be extracted.
図示実施例について説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではない0例えば、本出願人は、先に出願の「
特願昭63−227825号(昭和63年9月12日出
願、“ネットワーク構成データ処理装置の学習処理方式
”)」で、バック・プロバゲーシッン法の改良を図って
より短時間で重み値の学習処理を実現できるようにする
発明を開示したが、本発明ではこの学習方式を利用する
ことができるのである。また、実施例では、前件部メン
バーシップ関数として制御状態量に係るもの、後件部メ
ンバーシップ関数として制御操作量に係るもののファジ
ィ制御ルールの生成でもって説明したが、本発明はこれ
に限られるものではなくて、前件部メンバーシップ関数
として制御操作量に係るもの、後件部メンバーシップ関
数として制御状態量に係るもののファジィ制御ルールの
生成に対してもそのまま適用できる。Although the illustrated embodiment has been described, the present invention is not limited thereto. For example, the applicant previously
Japanese Patent Application No. 1983-227825 (filed on September 12, 1988, “Learning Processing Method for Network Configuration Data Processing Device”) aims to improve the back-propagating method to learn the weight values in a shorter time. Although the present invention has disclosed an invention that makes it possible to realize this, this learning method can be used in the present invention. Furthermore, in the embodiment, the explanation has been made by generating fuzzy control rules related to control state quantities as antecedent membership functions and control operation quantities as consequent membership functions, but the present invention is not limited to this. The present invention can also be directly applied to the generation of fuzzy control rules that relate to the control operation amount as the antecedent membership function and to control state quantities as the consequent membership function.
そして、前件部演算機能や後件部演算機能は実施例に開
示したものに限られることなく、いかなる演算内容をと
るものであってもよい。また、処理ユニットや出カニニ
ットの演算処理の実現方法は如何なる方法を採るもので
あってもよい、そして、ファジィ推論値として重心演算
により求めるものを開示したが、本発明はこれに限られ
るものではなくて、別のファジィ推論値の演算方式を採
るものであってもよいのである。The antecedent part calculation function and the consequent part calculation function are not limited to those disclosed in the embodiments, and may take any calculation contents. Furthermore, any method may be used to implement the arithmetic processing of the processing unit and output unit, and although the fuzzy inference value obtained by centroid calculation has been disclosed, the present invention is not limited to this. Instead, a different fuzzy inference value calculation method may be used.
〔発明の効果]
以上説明したように、本発明によれば、ファジィ制御ル
ールを機械的に自動生成できるようになる。従って、手
作業によっていたファジィ制御ルールの生成を、極めて
少ない作業量でもってかつ客観的に実行できるようにな
る。そして、制御対象に関しての制御知識が乏しい場合
でも、ファジィ制御ルールを容易に生成できるようにな
る。しかも、この生成されたファジィ制御ルールに従っ
てファジィ制御器を構築した場合にあっても、運用中の
実制御データを使用して制御対象に適合したファジィ制
御ルールへとチューニングを行うことが可能となる0以
上のことから、本発明により、ファジィ制御器をより実
用的なものとすることができるようになるのである。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, fuzzy control rules can be mechanically and automatically generated. Therefore, generation of fuzzy control rules, which was previously done manually, can now be performed objectively and with an extremely small amount of work. Fuzzy control rules can then be easily generated even when control knowledge regarding the controlled object is limited. Furthermore, even if a fuzzy controller is constructed according to the generated fuzzy control rules, it is possible to tune the fuzzy control rules to suit the control target using actual control data during operation. 0 or more, the present invention makes it possible to make the fuzzy controller more practical.
第1図は本発明の原理構成図、
第2図は本発明の実現のために使用するシステムの説明
図、
第3図は基本ユニットの基本構成図、
集4図は階層ネットワーク部の基本構成図、第5図は基
本ユニットの一実施例、
第6図は階層ネットワーク部の一実施例、第7図は生成
するメンバーシップ関数の説明図、第8図及び9図は前
件部メンバーシップ関数の真理値の算出機能の割付処理
の説明図
第1O図は後件部メンバーシップ関数の真理値の出力機
能の割付処理の説明図、
第11図は前件部演算機能及び後件部演算機能の0割付
処理の説明図、
第12図はファジィ推論値の説明図、
第13図はファジィ推論値の算出機能の割付処理の説明
図、
第14図及び第15図は写像されたファジィ制御ルール
の説明図、
第16図は抽出されるファジィ制御ルールの説明図、
第17図は本発明の実現のために使用するシステムの説
明図、
第18は階層ネットワーク・シミュレータの説明図、
第19図はシミュレーションに使用した階層ネットワー
ク部の説明図、
第20図はシミュレーションに使用したメンバーシップ
関数の説明図、
第21図はシミュレーションに使用した学習用の制御デ
ータの説明図である。
図中、■は基本ユニット、1゛は人カニニット、2は乗
算処理部、3は累算処理部、4は閾値処理部、10は階
層ネットワーク構成データ処理手段、10aは階層ネッ
トワーク構成データ処理装置、10bは階層ネットワー
ク・シミュレータ、11は階層ネットワーク部、12は
入カニニット、13.14.15及び16は処理ユニッ
ト、17は出カニニット、18は重み値格納部、20は
学習信号提示装置、21は学習信号格納部、22は学習
信号提示部、23は学習収束判定部、30は内部状態値
学習処理装置である。Figure 1 is a diagram of the principle configuration of the present invention, Figure 2 is an explanatory diagram of the system used to realize the present invention, Figure 3 is a diagram of the basic configuration of the basic unit, and Figure 4 is the basic configuration of the hierarchical network section. Figure 5 is an example of the basic unit, Figure 6 is an example of the hierarchical network part, Figure 7 is an explanatory diagram of the membership function to be generated, and Figures 8 and 9 are the antecedent part membership. An explanatory diagram of the assignment process of the truth value calculation function of a function. Figure 1O is an explanatory diagram of the assignment process of the truth value output function of the consequent membership function. Figure 11 is an antecedent part calculation function and a consequent part calculation function. Fig. 12 is an explanatory diagram of fuzzy inference value calculation function assignment processing; Fig. 13 is an explanatory diagram of fuzzy inference value calculation function assignment processing; Figs. 14 and 15 are mapped fuzzy control diagrams. FIG. 16 is an explanatory diagram of extracted fuzzy control rules; FIG. 17 is an explanatory diagram of the system used to implement the present invention; FIG. 18 is an explanatory diagram of the hierarchical network simulator; FIG. 20 is an explanatory diagram of the hierarchical network part used in the simulation, FIG. 20 is an explanatory diagram of the membership function used in the simulation, and FIG. 21 is an explanatory diagram of learning control data used in the simulation. In the figure, ■ is the basic unit, 1 is the human crab unit, 2 is the multiplication processing section, 3 is the accumulation processing section, 4 is the threshold processing section, 10 is the hierarchical network configuration data processing means, and 10a is the hierarchical network configuration data processing device , 10b is a hierarchical network simulator, 11 is a hierarchical network unit, 12 is an input unit, 13, 14, 15 and 16 are processing units, 17 is an output unit, 18 is a weight value storage unit, 20 is a learning signal presentation device, 21 2 is a learning signal storage unit, 22 is a learning signal presentation unit, 23 is a learning convergence determination unit, and 30 is an internal state value learning processing device.
Claims (4)
ルを生成するためのファジィ制御ルールの生成方法であ
って、 ファジィ制御ルールを構成する可能性のある前件部メン
バーシップ関数と後件部メンバーシップ関数とを生成す
る第1の処理過程(P1)と、複数の処理ユニットから
構成される第1、第2、第3の処理層を備えて、該第1
と第2の処理層との間、該第2と第3の処理層との間で
相互に内部状態値の設定される内部結合を構成する階層
ネットワーク部(11)を具備する階層ネットワーク構
成データ処理手段(10)を用意して、該第1の処理層
の処理ユニット(13)に生成された前件部メンバーシ
ップ関数の演算機能を割り付け、該第2の処理層の処理
ユニット(14)に生成するファジィ制御ルールの数分
の該ファジィ制御ルールの前件部演算機能を割り付け、
該第3の処理層の処理ユニット(15)に生成された後
件部メンバーシップ関数の数分の該ファジィ制御ルール
の後件部演算機能を割り付ける第2の処理過程(P2)
と、 学習用の制御提示データを上記階層ネットワーク部(1
1)の第1の処理層に提示して、該提示に従って出力さ
れる第3の処理層からの出力値と生成された後件部メン
バーシップ関数とから制御量データを算出するとともに
、該算出値が学習用の制御教師データと概略一致すべく
上記内部状態値の学習を実行する第3の処理過程(P3
)と、学習された上記内部状態値を解析することにより
ファジィ制御ルールを特定する第4の処理過程(P4)
とを備えることを、 特徴とするファジィ制御ルールの生成方法。(1) A fuzzy control rule generation method for generating a fuzzy control rule that describes a control rule for a controlled object, which includes antecedent membership functions and consequent members that may constitute the fuzzy control rule. a first processing step (P1) that generates a ship function; and first, second, and third processing layers each including a plurality of processing units.
and a second processing layer, and between the second and third processing layers, hierarchical network configuration data comprising a hierarchical network unit (11) forming an internal connection in which internal state values are mutually set. A processing means (10) is prepared, a calculation function of the generated antecedent membership function is assigned to the processing unit (13) of the first processing layer, and the processing unit (14) of the second processing layer Allocate the antecedent calculation function of the fuzzy control rule for the number of fuzzy control rules to be generated,
A second processing step (P2) in which the consequent calculation functions of the fuzzy control rule are assigned as many as the generated consequent membership functions to the processing units (15) of the third processing layer.
Then, the control presentation data for learning is sent to the hierarchical network section (1
1), the control amount data is calculated from the output value from the third processing layer outputted according to the presentation and the generated consequent membership function, and the control amount data is calculated. A third processing step (P3
) and a fourth processing step (P4) in which fuzzy control rules are identified by analyzing the learned internal state values.
A method for generating a fuzzy control rule, comprising:
法において、 第2の処理層が更に内部結合する構成をとりつつ階層的
に多段に構成され、第2の処理過程(P2)で、該多段
に構成される第2の処理層にファジィ制御ルールの前件
部演算機能を割り付けるよう処理することを、 特徴とするファジィ制御ルールの生成方法。(2) In the fuzzy control rule generation method according to claim (1), the second processing layer is configured to be further internally connected and configured hierarchically in multiple stages, and in the second processing step (P2), A method for generating a fuzzy control rule, comprising: assigning an antecedent calculation function of the fuzzy control rule to the second processing layer configured in multiple stages.
法において、 第3の処理層が更に内部結合する構成をとりつつ階層的
に多段に構成され、第2の処理過程(P2)で、該多段
に構成される第3の処理層にファジィ制御ルールの後件
部演算機能を割り付けるよう処理することを、 特徴とするファジィ制御ルールの生成方法。(3) In the fuzzy control rule generation method according to claim (1), the third processing layer is configured to be further internally connected and configured hierarchically in multiple stages, and in the second processing step (P2), A method for generating a fuzzy control rule, comprising: assigning a consequent calculation function of the fuzzy control rule to the third processing layer configured in multiple stages.
制御ルールの生成方法において、 第3の処理過程(P3)で、学習用の制御教師データと
、学習用の制御提示データの提示に対して出力される階
層ネットワーク部(11)のネットワーク出力データと
を使い、バック・プロパゲーション法に従って内部状態
値の更新量を算出し、該更新量に従って内部状態値を順
次更新していくことで内部状態値の学習を実行していく
よう処理することを、 特徴とするファジィ制御ルールの生成方法。(4) In the fuzzy control rule generation method according to claim (1), (2) or (3), in the third processing step (P3), control teacher data for learning and control presentation data for learning are generated. Using the network output data of the hierarchical network unit (11) output in response to the presentation of A fuzzy control rule generation method characterized by performing processing such that learning of internal state values is performed as the process progresses.
Priority Applications (8)
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---|---|---|---|
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Citations (1)
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JPH02292602A (en) * | 1989-05-02 | 1990-12-04 | Nkk Corp | Artificial neural circuit network type fuzzy controller |
-
1990
- 1990-03-12 JP JP2060259A patent/JP2763367B2/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH02292602A (en) * | 1989-05-02 | 1990-12-04 | Nkk Corp | Artificial neural circuit network type fuzzy controller |
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